Predicted Janus monolayer ZrSSe with enhanced n-type thermoelectric properties compared with monolayer $\mathrm{ZrS_2}$
类似于在光电、压电和热电方面有广泛应用的过渡金属二硫属化物（TMD）单分子膜，通过用S原子取代$\mathrm{MoSe_2}$中的Se原子层，成功地合成了Janus MoSSe单分子膜。在这项工作中，Janus单层ZrSSe提出了从头计算。对于电子部分，采用广义梯度近似（GGA）加自旋轨道耦合（SOC）作为交换关联势，而对于晶格部分，采用GGA。计算结果表明，ZrSSe单分子膜是动态和机械稳定的，这表现出机械灵活性，由于小的杨氏模量。发现ZrSSe单层膜是一种间接带隙半导体，带隙为0.60 eV。用半经典Boltzmann输运理论研究了ZrSSe单分子膜的电子和声子输运。在n型掺杂中，由于导带的相似轮廓，ZrSSe和$\mathrm{ZrS_2}$单层之间的$ZT_e$几乎相同。ZrSSe单层的p型$ZT_e$低于$\mathrm{ZrS_2}$单层，这是由于ZrSSe的自旋轨道分裂比$\mathrm{ZrS_2}$单层大。ZrSSe单层的室温薄层热导率为33.6 $\mathrm{W K^{-1}}$，低于$\mathrm{ZrS_2}$单层的47.8 $\mathrm{W K^{-1}}$。与$\mathrm{ZrS_2}$单层膜相比，ZrSSe单层膜的低热导率主要是由于ZA模的群速度小和声子寿命短。综合考虑它们的$ZT_e$和晶格热导率，ZrSSe单层可能比$\mathrm…
2017-12-25 cond-mat.mtrl-sci
Potential 2D thermoelectric materials ATeI (A=Sb and Bi) monolayers from a first-principles study
大量的二维材料在理论上得到了预测，并在实验中得到了进一步的证实，在纳米电子、光电和热电器件中有着广泛的应用。本文基于半经典玻尔兹曼输运理论，系统地研究了ATeI（A=Sb和Bi）单层膜的热电性质。研究发现，自旋轨道耦合（SOC）对p型掺杂的电子输运系数有重要影响，而对n型掺杂的电子输运系数影响不大。SbTeI的室温薄片热导率为14.2 $\mathrm{W K^{-1}}$，BiTeI的室温薄片热导率为12.6 $\mathrm{W K^{-1}}$，其低于最公知的2D材料之一，例如过渡金属二硫属化物、IV-VI族、VA族和IV族单层。通过对群速度和声子寿命的分析，发现ATeI（A=Sb和Bi）单层的薄层热导很低主要是由于群速度小。结果表明，高频光路对总热导率的贡献很大，这与通常的光路贡献很小的情况有明显的不同。根据声子平均自由程（MFP）的累积晶格热导率，很难通过纳米结构进一步降低晶格热导率。最后，计算了ATe I（A=Sb和Bi）单分子膜的热电优值$ZT$。结果表明，p型掺杂比n型掺杂具有更好的热电性能，室温下，SbTeI的峰值$ZT$可达1.11，BiTeI的峰值可达0.87。这些结果使我们相信，ATeI（A=Sb和Bi）单分子膜可能是潜在的二维热电材料，并可以刺激进一步的实验工作，以合成这些单分子膜。
2017-03-19 cond-mat.mtrl-sci
Pd$_{2}$Se$_{3}$ Monolayer: A Promising Two Dimensional Thermoelectric Material with Ultralow Lattice Thermal Conductivity and High Power Factor
高功率因数和低晶格热导率是高效热电材料的两个基本要素。虽然过渡金属二硫属化合物的单层膜具有高的功率因数，但高的晶格热导率显著地阻碍了它们的实际应用。我们的第一性原理计算表明，这两个成分都很好地满足在最近合成的Pd $_{2}$硒$_{3}$单层，其晶体结构是由[硒$_{2}$ ] $^{2-}$二聚体，硒$^{2-}$阴离子，和Pd $^{2+}$阳离子在正方形平面的方式协调。我们对三阶原子间力常数的详细分析表明，与[Se $_2$ ] $^{2-}$二聚体相关的非谐性和软声子模导致Pd $_{2}$ Se $_{3}$单层的超低晶格热导率（300 ° K时，沿$a$ -和$b$ -轴的$^{-1}$ K $^{-1}$分别为1.5和2.9 Wm），其与诸如PbTe的高性能体热电材料的那些相当。此外，“布丁模具”型能带结构，造成的Pd $^{2+}$（$d^{8}$）的阳离子在一个正方形的平面晶场配位，导致高功率因数的Pd $_{2}$ Se $_{3}$单分子膜。因此，在中等载流子浓度下，可以实现具有相当高的$zT$的电子和空穴掺杂的热电材料，这表明Pd $_{2}$ Se $_{3}$是一种有前途的二维热电材料。
2018-04-18 cond-mat.mtrl-sci
High-performance Thermoelectric Monolayer γ-GeSe and its Group-IV Monochalcogenide Isostructural Family
本文通过第一性原理与玻尔兹曼输运理论研究发现，单层γ-GeSe及其同构家族γ-GeX具有优异热电性能，其中γ-GeSe在300-600 K下n型掺杂ZT值可达1.13-2.76，是一种有前景的中温热电材料。
2023-08-10 cond-mat.mtrl-sci
Strain induced large enhancement of thermoelectric figure-of-merit ($ZT\sim 2$) in transition metal dichalcogenide monolayers ZrX$_2$ (X= S, Se, Te)
二维IV族过渡金属二硫属化物具有令人鼓舞的热电应用，因为它们的电子和晶格性质可以用应变来操纵。本文采用第一性原理方法研究了ZrX $_2$（X = S、Se、Te）的热电参数，如电导率、Seebeck系数、电驰豫时间以及模式对晶格热导率的贡献。我们的计算表明，由于拉伸应变，功率因数增加，同时降低晶格热导率，从而提高热电优值。拉伸应变使带隙变宽，这对应于更高的功率因数。晶格热导率由于面外声子模的硬化而降低，从而降低非谐散射寿命并增加热电优值。
2020-01-28 cond-mat.mtrl-sci
Mechanical, Optical and Thermoelectric Properties of Janus BiTeCl Monolayer
基于密度泛函和玻尔兹曼输运理论，本文研究了Janus BiTeCl单层的力学、光学和热电性质，发现其具有高载流子迁移率、各向同性力学行为及低热导率，在300-500 K下ZT达0.43-0.75，是光电与中等温度热电应用的潜在材料。
2023-05-19 cond-mat.mtrl-sci
High thermoelectric performance originating from the grooved bands in the ZrSe3 monolayer
低维层状材料由于其广泛的物理化学性质和在电子器件中的潜在应用而引起了人们的极大关注。采用考虑准粒子自能修正和玻尔兹曼输运理论的第一性原理方法，研究了ZrSe 3单分子膜的电子输运性质，在电子-声子耦合的框架下精确计算了载流子弛豫时间.结果表明，单层膜的高功率因数可归因于导带底附近的沟槽带。结合通过求解声子玻尔兹曼输运方程获得的低晶格热导率，在800 K下，在ZrSe 3单层中可以实现约2.4的相当大的n型ZT值。
2018-08-15 cond-mat.mtrl-sci
PAW mediated ab initio simulations on linear response phonon dynamics of anisotropic black phosphorous monolayer for thermoelectric applications
一阶标准微扰理论结合从头算投影增广波算子，以线性计算效率挑战标准Sternheimer方程的实现。这种效率促使我们使用广义密度泛函微扰理论（DFPT）和玻尔兹曼输运理论（BTE）来描述二维（2D）黑磷单层中的电子-声子相互作用。随后，线性响应声子动力学行为的电导率，塞贝克系数和输运性质的热电应用集中。分析揭示了通过结构各向异性和单层结构的态密度的晶体取向依赖性。动量相关的声子人口动态与声子线宽是有效的倒易空间电子态。电子的热导率和Seebeck系数的优化值作为驱动力调制热电效应。作为功率因数的函数，计算出MLBP系统在300 K时的品质因数为0.074，在500 K时的品质因数为0.152。晶格热导率在室温下为37.15 W/mK，并遵循与温度的逆相关性。由于预期的优异性能，特别是在单层黑磷系统中，可以实现深刻的热电应用。
2018-10-04 cond-mat.mtrl-sci
Biaxial strain tuned thermoelectric properties in monolayer $\mathrm{PtSe_2}$
应变工程是调控材料电学、光学、拓扑和热电性能的一种非常有效的方法。本文采用广义梯度近似（GGA）和自旋轨道耦合（SOC）方法分别对单层$\mathrm{PtSe_2}$的电子部分和声子部分进行了双轴应变下的研究。计算结果表明，压应变和拉应变都能引起导带最小值（CBM）和价带最大值（VBM）跃迁，对Seebeck系数产生重要影响。结果表明，在CBM或VBM相变的临界应变下，压应变或拉应变均能显著提高n型或p型Seebeck系数，这可以用应变诱导能带收敛来解释.另一个重要的应变效应是拉伸应变可以显著降低晶格热导率，在应变为-4.02%时，室温晶格热导率比未应变时降低约60%，这对高$ZT$是非常有利的。为了估计热电转换效率，可以通过经验散射时间$τ$来获得品质因数$ZT$。计算的$ZT$值表明，应变确实是实现增强的热电性能的非常有效的策略，特别是对于p型掺杂。利用应变调节热电性质也可以应用于其它半导体过渡金属二硫属化物单层$\mathrm{MX_2}$（M=Zr、Hf、Mo、W和Pt; X=S、Se和Te）。
2016-07-18 cond-mat.mtrl-sci
Small compressive strain induced semiconductor-metal transition and tensile strain enhanced thermoelectric properties in monolayer $\mathrm{PtTe_2}$
采用广义梯度近似（GGA）和自旋轨道耦合（SOC）方法分别研究了双轴应变对单层$\mathrm{PtTe_2}$电子结构和热电性能的影响.计算结果表明，小的压应变（约-3\%）就可以诱导超导体向金属的转变，这在实验上是容易实现的。未应变的$\mathrm{PtTe_2}$的导带收敛，可以通过压缩和拉伸应变。拉伸应变可以通过改变价带峰的位置引起价带会聚，从而提高Seebeck系数，有利于提高功率因数。结果表明，拉伸应变也会降低晶格热导率，在室温下，拉伸应变为4%时，晶格热导率比未拉伸应变时降低约19%.考虑到拉伸应变对$ZT_e$的影响和晶格热导率，拉伸应变确实可以提高p型热电转换效率。我们的研究结果表明，在$\mathrm{PtTe_2}$应变工程的应用在电子和热电的潜力。
2016-11-13 cond-mat.mtrl-sci
Two-dimensional InSe as a potential thermoelectric material
利用Boltzman输运理论和第一性原理计算研究了单层InSe的热电性能与费米能级和晶体取向的关系。我们发现p型（n型）单层InSe的最大功率因数在300 K时可达0.049（0.043）W/K $^2$ m。单层InSe的优良热电性能是由其Seebeck系数和电导率共同决定的。大的Seebeck系数源于单层InSe作为间接带隙半导体的中等（约2 eV）带隙，而其大的电导率是由于其独特的二维态密度（DOS），其包括导带底部附近的几乎恒定的DOS和价带顶部附近的尖锐峰。
2017-09-01 cond-mat.mtrl-sci
Ultra-low lattice thermal conductivity induces high-performance thermoelectricity in Janus group-VIA binary monolayers
本文采用第一性原理计算系统地研究了三种新的Janus STe $_{2}$、SeTe $_{2}$和Se $_{2}$ Te单层膜的电输运、热输运和热电性质，并与文献中不同方法的结果进行了比较。发现Seebeck系数和电导率具有相反的温度依赖性，并详细解释了这一现象。热电功率因数（PF）随温度的降低源于电导率的降低。为了获得精确和收敛的晶格热导率，计算均方根（RMS），以获得合理的三阶力计算的截止半径。Janus STe $_{2}$、SeTe $_{2}$和Se $_{2}$ Te单层膜在300 K下具有0.2、0.133和4.81 $\times10^{-4}$ W/mK的超低晶格热导率，这是由于声学模和低频光学分支之间的强耦合效应、低声子群速度、小声子寿命和大非谐性。因此，STe $_{2}$、SeTe $_{2}$和Se $_{2}$ Te的n型（p型）载流子掺杂获得了2.11（2.09）、3.28（4.24）和3.40（6.51）的超高$\textit{ZT}$值，表明它们是有前途的热电材料。
2022-11-18 cond-mat.mtrl-sci
Ultrahigh thermoelectric performance of Janus α-STe2 and α-SeTe2 monolayers
结合第一性原理计算和半经典Boltzmann输运理论，系统研究了Janus α-STe 2和α-SeTe 2单分子膜. Janus α-STe 2和α-SeTe 2单层膜是间接半导体，带隙为1.20和0.96 eV。发现它们在500 K时的ZT值分别为3.9和4.4，远高于原始α-Te单层膜的ZT值（2.8）。与原始的α-Te单层相比，由Janus结构产生的较高的ZT显著降低了晶格热导率。Janus单分子膜中较高的声子非谐性导致晶格热导率显著降低。对于晶格热导率很低的材料，电子热导率对热电效率的影响也很大。本工作表明了Janus α-STe 2和α-SeTe 2单层膜作为热电材料的潜在应用，并强调Janus结构是提高热电性能的有效途径。
2022-10-29 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Earth-abundant and Non-toxic SiX (X=S, Se) Monolayers as Highly Efficient Thermoelectric Materials
目前的热电（TE）材料通常具有低性能或含有较少的和/或有毒的元素，从而限制了它们的大规模应用。因此，具有高效率和低成本的新型TE材料是强烈需要的。在这里，我们证明，由无毒和地球丰富的元素制成的SiS和SiSe单层固有地具有低热导率，这是由它们的低频光学声子分支与声学声子模式的大重叠引起的，这类似于最先进的实验证明的具有层状结构的材料SnSe。由于其二维性质，加上高的热功率因数，它们显示出有前途的TE性能，在很宽的温度范围内具有超过1或2的大品质因数（ZT）值。我们建立了一些基本的认识，识别层状材料与低热导率，这可以指导和刺激其他层状材料的TE应用程序的搜索和研究。
2016-09-09 cond-mat.mtrl-sci
High thermoelectric and optical conductivity driven by the interaction of Boron and Nitrogen dopant atoms with a 2D monolayer Beryllium Oxide
采用密度泛函理论计算方法研究了硼（B）和氮（N）共掺杂BeO单层膜的电子、热学和光学性质。我们的计算表明，与BN共掺杂原子的BeO可以产生更有效的和出色的性能的热响应和光学响应。更重要的是，单层BeO与BN共掺杂原子成为一个直接带隙的半导体相比，原始BeO的绝缘体行为。这项工作的特别注意的是支付的原子配置和B和N掺杂剂原子与BeO的相互作用的影响。B和N原子与BeO单层的相互作用减少了简并能态，形成平带。研究还发现，O和N原子之间存在强吸引力，形成强σ键，打破了BeO结构的对称性。因此，带隙减小，导致半导体行为具有改善的热电性质，例如塞贝克系数和品质因数。减小的带隙和平坦的能带在可见光区域引起高的光学响应，例如折射率、反射率和光学电导率。此外，单层BeO与B和N原子的各向异性关于不同方向的电磁极化。我们期望我们的研究结果可以用于热电和光电子器件的设计。
2021-09-13 cond-mat.mtrl-sci
Low-Temperature Thermoelectric Performance and Optoelectronic Properties of Monolayer of WX2N4(X = Si, Ge)
本研究基于密度泛函理论和玻尔兹曼输运方程，探讨了WX2N4(X=Si, Ge)单层的热电性能，发现p型WGe2N4在400K下具有高达0.91的热电优值，而WSi2N4在室温下ZT值较低。
2023-03-31 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Comparative first-principles study of antiperovskite oxides and nitrides as thermoelectric material: multiple Dirac cones, low-dimensional band dispersion, and high valley degeneracy
采用第一性原理计算对反钙钛矿氧化物$Ae_3Tt$ O和氮化物$Ae_3Pn$ N（$Ae=$ Ca，Sr，Ba; $Tt=$ Ge，Sn，Pb; $Pn=$ As，Sb，Bi）的热电性能进行了比较研究。对于具有立方结构的氧化物，具有相当大的带隙的Ca $_3$ GeO在高温下表现出高热电性能，而具有狄拉克锥的Ba $_3$ PbO在低温下是有利的。后者的高性能归因于高谷简并，包括多个狄拉克锥和$Γ$和R点附近的谷。对于具有立方结构的氮化物，具有强准一维性的绝缘体表现出高的热电性能。我们还发现，正交结构的扭曲有时sizably提高热电性能，特别是对于Ba $_3$ GeO和Sr $_3$ AsN的高谷简并是在$Pnma$相实现。计算结果表明，反铁电体具有丰富的电子结构，这些电子结构的存在提高了热电性能，为高性能热电材料的研究提供了一个良好的前景。
2019-09-07 cond-mat.mtrl-sci
Thermoelectric effects in selfsimilar multibarrier structure based on monolayer graphene
热电效应近年来引起了物理学家和工程师的广泛关注。在这项工作中，我们探索的自相似模式的单层石墨烯基结构的热电效应，通过使用量子相对论狄拉克方程。传输矩阵法被用来计算传输系数。Landauer Buttiker形式主义和Cutler Mott公式被用来计算电导，塞贝克系数和功率因数。在输运和热电性质中，我们发现了自相似行为和世代之间的比例因子。此外，我们实现这些规模不变性一般缩放规则。我们提出了一个新的分析证明的自相似性塞贝克系数。这些发现可以为实验工作者开发热电器件开辟广阔的前景。
2020-12-03 cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Spin-tunable thermoelectric performance in monolayer chromium pnictides
从历史上看，由于对热自旋波动的不稳定性，寻找二维（2D）磁体是一项困难的任务。金属通常也被认为是差热电（TE）材料。将二维的内禀磁性与导电性质相结合，人们可能会期望得到最差的热电材料。然而，我们将证明情况并非总是如此。在这里，我们研究自旋依赖TE性能的单层铬磷属元素化物（CrX，其中X = P，As，Sb和Bi）使用第一性原理计算的电子和声子，随着玻尔兹曼输运形式主义下的能量依赖的弛豫时间近似。所有的CrX单分子膜是动态稳定的，他们也表现出半金属铁磁有序。使用自旋阀设置与反平行自旋配置，在单层CrX的半金属性和铁磁性，使自旋自由度的操纵，以调整TE的优值（ZT）。在优化的化学势和工作温度为500 K，最大ZT值（= 0.22，0.12，和0.09）与反平行自旋阀设置CrAs，CrSb，和CrBi提高了几乎两倍的原始值（ZT = 0.12，0.08，和0.05）没有自旋阀配置。只有在CrX中自旋极化程度最低的CrP中，无自旋阀结构时的最大ZT（= 0.34）大于有自旋阀结构时的ZT（= 0.19）。我们还发现，在500 K，所有的CrX单层具有约0.02-0.08 W/m.K2，这可能是二维导体中的最佳值之一的特殊TE功率因数。
2022-06-17 cond-mat.mtrl-sci
Strain Induced Enhancement of Thermoelectric Properties of Monolayer WS2 through Valley Degeneracy
二维过渡金属二硫属化合物由于其低维性、独特的态密度和载流子的量子限制而显示出巨大的潜力，是一种很有前途的热电材料。采用密度泛函理论结合半经典Boltzmann输运理论研究了机械应变对单层WS 2热电性能的影响。Seebeck系数和带隙随应变的变化也遵循相同的趋势。对于n型材料，弛豫时间标度的功率因子（S2 σ/τ）通过施加压缩应变而增加，而对于p型材料，其随着施加拉伸应变而增加。通过施加单轴压缩应变，已经观察到n型材料的功率因数增加了77%。晶格热导率随温度的升高而降低，导致在施加单轴压缩应变下ZT积增加近40%。从研究中，它是观察到的单轴压缩应变是更有效的所有类型的应变，以提高单层WS 2的热电性能。这种应变诱导的单层WS 2热电性能的增强可能为高质量热电器件的制造打开一个新的窗口。
2019-05-24 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
As-based ternary Janus monolayers for efficient thermoelectric and photocatalytic applications
本研究通过第一性原理计算发现新型2D Janus AsTeX单层具有高稳定性和优异光电性质，在热电转换和光催化分解水制氢方面展现出巨大应用潜力。
2023-05-19 cond-mat.mtrl-sci
Thermoelectricity of Tin Selenide Monolayers Across a Structural Phase Transition
SnSe单分子膜经历由振动模式软化沉淀的温度诱导的二维Pnm 2 $_1 \to$ P4/nmm结构转变。热电的标准理论处理依赖于零温度声子色散和零温度电子结构，不能描述由结构转变引起的热电现象。依赖于从{ \em ab initio}分子动力学计算得到的结构数据，该计算以非标准的方式用于通知电子和振动输运系数，本工作建立了一个通用的路线来理解跨相变的热电性。类似于最近的实验观察，指出高估热电优值$ZT$过去的转变温度，我们的工作表明一个较小的$ZT$相比，其值预测的标准范例。它的降低与结构转变过程中电导率和晶格热导率的急剧变化有关。虽然以SnSe单层为例，但该方法没有任何关于维度的内置假设，因此适用于一维，二维和三维的任意热电材料。
2020-10-12 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Thermoelectric and lattice dynamics properties of layered MX (M = Sn, Pb; X = S, Te) compounds
铅和锡硫族化合物由于具有良好的热电性能而得到了广泛的研究。进一步提高其TE效率已被报道后，减少的尺寸，这是一个重要的特点，在现代设备的制造。利用密度泛函理论结合半经典Boltzmann输运理论，研究了二维MX（M = Sn，Pb; X = S，Te）单分子膜的结构、电子和TE性质.自旋轨道耦合对它们的电子结构有显著的影响，特别是对于重质化合物。结构优化后的声子输运研究表明，矩形（γ-）相是能量上最有利的SnS和SnTe单层，而方形结构被发现是最稳定的PbS和PbTe单层。我们的研究结果与以前的研究结果是一致的。这些2D材料表现出高塞贝克系数和功率因数以及低晶格热导率，这是良好TE材料的基本特征。在700 K时，n型SnS、SnTe、PBS和p型PbTe单层膜的最大优值（ZT）分别为1.04、1.46、1.51和1.94，高于它们的体ZT值。因此，这些单层是TE应用的有希望的候选者。
2020-04-01 cond-mat.mtrl-sci
Strain Driven Anomalous Anisotropic Enhancement in the Thermoelectric Performance of monolayer MoS$_{2}$
基于第一性原理计算，研究单层 MoS$_{2}$ 在面内单轴应变下的热电性质，发现沿锯齿形方向的应变通过降低晶格热导率并增加载流子弛豫时间，在最佳掺杂下使热电效率提升近 $150\%$。
2023-08-01 cond-mat.mtrl-sci
Impressive optoelectronic and thermoelectric properties of two-dimensional XI$_2$ (X=Sn, Si): a first principle study
二维金属卤化物由于其电子学和光电学性质而受到越来越多的关注。近年来，由于金属卤化物单层膜具有超低的晶格电导率、高的Seebeck系数和品质因数，研究者们对金属卤化物单层膜的热电性能产生了浓厚的兴趣。本文利用密度泛函理论和Boltzmann输运方程研究了XI $_2$（X=Sn和Si）单分子膜的热电和光电性质。通过原子位置弛豫优化了结构参数。SnI $_2$和SiI $_2$单分子膜均具有优异的热电和光学性能。对于SnI $_2$，观察到2.06 eV的间接带隙，并且在4.68 eV处发现吸收峰。为此，已计算出600K下p型掺杂的最高ZT值为0.84。类似地，对于SiI $_2$，观察到1.63 eV的相对低的间接带隙，并且在4.86 eV处获得吸收峰。计算得到SiI $_2$在600 K时的ZT乘积为0.87。这两种晶体具有高的吸收率和ZT值，表明它们可以作为光电和热电器件的有希望的候选者。
2020-04-29 cond-mat.mtrl-sci
Control of Valley Degeneracy in MoS2 by Layer Thickness and Electric Field and Its Effect on Thermoelectric Properties
我们研究了MoS2多层膜的谷简并及其对热电性能的影响。通过调节层厚和外加电场，使最高能量价带中的Γ和K点的空穴谷和最低能量导带中的K和Kmin点的电子谷发生不同程度的位移。在外加电场作用下，单层MoS2中出现空穴谷简并，双层MoS2和单层MoS2中出现电子谷简并。通过调节谷简并度，可以分别控制Seebeck系数和电导率，并在有（无）外电场的情况下获得最大功率因数.我们认为过渡金属二硫属化合物是研究谷简并度在层间相互作用和外电场强度控制下的热电和光学性质中的作用的一个很好的例子。
2015-07-04 cond-mat.mtrl-sci
Thermoelectric transport in monolayer phosphorene
我们应用广义玻尔兹曼理论来描述单层磷烯在短程和长程带电杂质相互作用下的热电输运性质。首先，我们提出了一个低能量的哈密顿量来探索准确的电子能带结构的磷烯与密度泛函模拟得到的结果进行比较。我们解释了导带和价带之间的耦合对热电性能的影响。我们表明，磷烯的导电性是高度各向异性的，而塞贝克系数和品质因数，而不受影响，通过存在或不存在的耦合项，几乎是各向同性的。此外，我们表明，$n$型掺杂的导电性是更多的耦合项比$p$型的影响。随着热电势符号的变化，可以实现深刻的热电效应。
2017-01-26 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Strain tunable pudding-mold-type band structure and thermoelectric properties of SnP$_3$ monolayer
最近的研究表明，有趣的金属到半导体的转变时，层状体GeP 3和SnP 3被限制在单层或双层，和SnP 3单层已被预测具有高的载流子迁移率和有前途的热电性能。在这里，我们研究了双轴应变对SnP 3单层的电子和热电性能的影响。我们的第一性原理计算结合玻尔兹曼输运理论表明，SnP 3单层具有布丁模具型的价带结构，从而产生了一个大的p型塞贝克系数和一个高的p型功率因数。双轴压应变使能隙减小，导致金属化。与此相反，拉伸双轴应变增加的能隙，并增加了n型塞贝克系数，降低了n型电导率。尽管由于声学声子模式的最大频率增加和声子群速度增加，晶格热导率在拉伸双轴应变下变得更大，但它仍然很低，在室温下6%拉伸双轴应变下仅为例如3.1W/（mK）。因此，SnP 3单分子膜在6%的拉伸应变下仍具有较低的晶格热导率，是一种良好的热电材料，拉伸应变有利于n型Seebeck系数的提高。
2019-12-27 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Flat electronic band structure and anisotropic optical, mechanical, and thermoelectric properties of two-dimensional fullerene networks
以富勒烯等纳米团簇为单元构建二维拓扑结构具有很大的挑战性。在这里，我们提出了三种桥接富勒烯单层膜，并全面研究了实验合成的新型富勒烯单层膜Zheng等人，[Nature 606，507-510（2022）]通过现有技术的第一性原理计算。结果表明，α-C60 -2D的直接带隙为1.49 eV，其导带底平坦，接近实验值，在长波紫外区具有强吸收的光学线性二向色性，小的各向异性杨氏模量，大的空穴迁移率和中低温下的Seebeck系数。此外，发现Li离子在α-C60 -2D中容易沿着X路径迁移。结果表明，α-C60 -2D的光学、力学、电学和热电性能的各向异性源于C60团簇之间的非对称桥联排列。我们的研究有望在不同领域的单层富勒烯网络的潜在应用。
2022-07-20 cond-mat.mtrl-sci
Acoustic phonon-restricted four-phonon interactions: Impact on thermal and thermoelectric transport in monolayer h-NbN
本研究通过第一性原理计算和玻尔兹曼输运形式主义，揭示了单层h-NbN中多声子散射的复杂相互作用，发现拉伸应变可增强热传导并提升热电品质因数，强调了微观输运建模的关键作用。
2025-10-22 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
High thermoelectric efficiency in monolayer PbI$_2$ from 300 K to 900 K
利用第一性原理方法，发现单层PbI $_2$在热电应用中具有很大的潜力。应用线性玻尔兹曼输运方程得到了不同散射机制对电子分布的扰动。在低载流子浓度下，迁移率主要受与长波长声振动的变形势相互作用的限制。在高浓度下，电离杂质散射变得更强。在不同的温度和载流子浓度范围内的电导率和塞贝克系数的准确计算。PbI $_2$的晶格热导率在300 K时为0.065 W/mK，是其他二维热电材料中最低的。这种超低的热导率归因于大的原子质量、弱的原子间键合、强的非谐性和其中绝大多数热量被捕获的局部振动。这些电学和声子输运性质使得p型和n型掺杂在300 K至900 K之间的热电优值都超过1。在900 K时，当电子浓度为1.9 $\times$ × 10 $^{12}$ cm $^{-2}$时，$zT$达到最大值4.9。我们的工作表明，在单层PbI $_2$，它可以集成到现有的光伏器件的热电能量转换效率非常好。
2019-03-01 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Cross-plane enhanced thermoelectricity and phonon suppression in graphene/MoS2 van der Waals heterostructures
原始的二维材料的热电优值被预测为显着小于单位，使它们作为热电材料没有竞争力。在这里，我们阐明了一种新的策略，通过创建两种不同材料的多层纳米带，并允许热和电流垂直于它们的平面流动，克服了这一限制。为了证明热电效率ZT的这种增强，我们分析了夹在两个石墨烯单层之间的单层二硫化钼（MoS 2）的热电性能，并证明了与原始母体材料相比，交叉平面（CP）ZT显著增强。对于MoS 2的母体单层，我们发现ZT可以高达约0.3，而单层石墨烯具有可忽略不计的小ZT。相比之下，对于石墨烯/MoS 2/石墨烯异质结构，我们发现CP ZT可以大到2.8。对这种增强的一个贡献是与母体材料相比，范德华异质结构的热导率降低，这是由MoS 2/石墨烯界面处的边界散射的组合引起的，该边界散射抑制了声子传输和单层MoS 2的较低德拜频率，该德拜频率从单层石墨烯过滤声子。第二个贡献是在纳米带的边缘处与钼原子相关联的电导和塞贝克系数的增加。
2016-11-04 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Two-dimensional \b{eta}-phase copper iodide: a promising candidate for low-temperature thermoelectric applications
针对碲化铋基材料的局限性，本研究通过DFT结合玻尔兹曼输运理论研究单层β-CuI和γ-CuI的热电性能，发现单层β-CuI室温下最优zT值超1.50且具显著各向异性，是低温热电应用的潜在候选材料。
2024-12-05 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Mechanical, optical, and thermoelectric properties of semiconducting ZnIn2X4 (X= S, Se, Te) monolayers
ZnIn 2X 4单层的机械稳定性。ZnIn 2S 4和ZnIn 2Se 4是直接带隙分别为3.94和2.77 eV的半导体，而ZnIn 2 Te 4在G 0 W 0能级处显示出1.84 eV的间接带隙。从Bethe-Salpeter方程的解决方案实现的光学性质预测的ZnIn 2S 4，ZnIn 2Se 4，和ZnIn 2 Te 4单层的激子结合能分别为0.51，0.41，和0.34 eV，这表明高稳定性的激子状态对热解离。使用机器学习原子间势加速的玻尔兹曼输运方程的迭代解，ZnIn 2S 4，ZnIn 2Se 4和ZnIn 2 Te 4单层的室温晶格热导率预测分别为5.8，2.0和0.4 W/mK。由于低的晶格热导率，高的热电势，和大的品质因数，我们提出的ZnIn 2Se 4和ZnIn 2 Te 4单层作为有前途的候选人的热电能量转换系统。这项研究提供了一个广泛的视野有关的内在物理性质的ZnIn 2X 4纳米片，并强调其特性的能量转换和光电子应用。
2022-02-26 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Impressive Electronic Transport in Be$_2$C Monolayer
基于密度泛函理论和半经典玻尔兹曼输运理论，研究了Be $_2$ C单分子膜的热电性质.电子结构计算预测这种材料作为半导体的直接带隙为2.0 eV计算使用高斯衰减Perdew-Burke-Ernzerhof（Gau-PBE）混合功能。Gau-PBE的能带结构被用来计算输运性质，通过求解玻尔兹曼输运方程下的常数弛豫时间近似。在这项工作中，我们明确地确定了弛豫时间，通过研究系统中的电子-声子相互作用，以估计绝对输运系数。结果表明，该单层膜具有高的功率因数（$\sim$ 3.44 mW/mK $^2$ K），与商业热电材料掺杂Bi $_2$ Te、$_3$和PbTe相似，表明Be $_2$ C单层膜是一种很有前途的热电材料。
2022-01-26 cond-mat.mtrl-sci
On the mechanical, thermoelectric, and excitonic properties of Tetragraphene monolayer
本研究通过密度泛函理论与半经验方法，探究新型准二维碳同素异形体Tetragraphene的力学、热电与激子特性，明确其带隙、激子参数、热导率及力学参数，为该材料在能量领域的应用提供理论支撑。
2024-01-30 cond-mat.mtrl-sci
Phonon and electron transport in Janus monolayers based on InSe
利用第一性原理计算，系统研究了单层InSe及其Janus衍生物In 2SSe和In 2SeTe的声子和电子输运性质.镜面对称性的破缺在单层In_2SSe和In_2SeTe的拉曼光谱中产生了可分辨的A_1峰。单层InSe、In 2SSe和In 2SeTe的室温热导率（\k{appa}）分别为44.6、46.9和29.9 W/（m K）。原子质量、声子群速度和声子寿命之间存在竞争效应。为了热电应用的目的，可以通过样品尺寸进一步有效地调制\k{appa}。同时，单层In 2SeTe表现出直接带和更高的电子迁移率比单层InSe，由于较小的电子有效质量引起的拉伸应变的Se侧。这些结果表明，二维Janus族-III硫族化合物可以提供一个平台，设计新的电子，光电和热电器件。
2019-05-02 cond-mat.mtrl-sci
Designing graphene/hexagonal boron nitride superlattice monolayer with high thermoelectric performance
我们设计了一种石墨烯/六方氮化硼超晶格杂化单层膜，并利用密度泛函理论和Boltzmann输运方程研究了其热电性能，其中弛豫时间通过电子-声子耦合计算得到精确处理.与原始石墨烯相比，超晶格结构的晶格热导率降低了两个数量级以上，这是由于混合键特性引起的增强的三声子散射过程。此外，费米能级附近轻重带的共存导致了Z字形方向上的高功率因数，在1100 K时n型系统的ZT值最高可达~2.5.此外，应注意，价带最小值附近的载流子输运几乎完全由超晶格的石墨烯部分贡献。结果表明，适当的磷取代氮原子可以使p型系统的热电性能提高到与n型系统相当，这可以抑制晶格热导率，但对空穴输运几乎没有影响。
2019-05-30 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
A systematic Investigation of Thermoelectric Properties of Monolayers of ZrX2N4(X = Si, Ge)
本文利用DFT和BTE系统研究二维单层ZrX2N4（X=Si, Ge）的热电性能，发现p型ZrGe2N4在900 K时ZT达0.90，并揭示其间接带隙分别为2.74 eV和2.66 eV。
2024-08-07 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
On the Role of Crystal Defects on the Lattice Thermal Conductivity of Monolayer WSe2 (P63/mmc) Thermoelectric Materials by DFT Calculation
随着能源问题的日益突出，热电材料的研究在过去的几十年中不断深入。低热导率使热电材料具有更好的热转换性能。本文基于第一性原理和声子玻尔兹曼输运方程，采用密度泛函理论（DFT）在维也纳从头算模拟软件包（VASP）中实现，研究了几种缺陷条件下单层WSe 2的热导率.计算了WSe_2在六种缺陷态下的晶格热导率，在300 K时，PS、SS-c、DS-s、SW-c、SS-e和DS-d分别为66.1、41.2、39.4、8.8、42.1和38.4 W/（m2 K）。与完整结构相比，缺陷结构可使热导率降低86.7%（SW-c）。研究了缺陷含量、类型、位置等因素对热性能的影响。通过引入原子缺陷，可以降低和调节WSe 2的热性能，这将为其他热电材料获得更低的热导率提供一个有趣的想法。
2021-09-17 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Thermal Transport and Application Reassessment of ThSi$_2$N$_4$ Monolayer: From FET Channel to Thermoelectric Material
本研究通过非平衡蒙特卡罗模拟发现ThSi$_2$N$_4$单层因高最高温度不适合作为FET沟道，但能产生显著温度梯度，适合用作热电材料。
2025-07-08 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
A Comparison of Electronic, Dielectric, and Thermoelectric Properties of Monolayer of HfX2N4(X = Si, Ge) through First-Principles Calculations
本研究通过第一性原理计算对比了HfSi₂N₄和HfGe₂N₄两种二维材料的电子、介电与热电性质，测得其不同温度下的ZT值、带隙等参数，证实二者在热电及可见光探测器领域的应用潜力。
2024-05-15 cond-mat.mtrl-sci
Towards Accurate Predictions of Carrier Mobilities and Thermoelectric Performances in 2D Materials
电子与晶格振动模之间的相互作用在决定半导体中载流子输运性质、热电性能以及其他与声子有关的物理量方面起着关键作用。然而，对于二维（2D）材料，目前广泛使用的载流子输运模型只考虑了电子与某些特定声子模之间的相互作用，这往往导致对电子/声子输运性质的预测不准确。本文全面研究了二维IV族和V族单分子膜的全电子-声子耦合及其对载流子迁移率和热电性能的影响，并从群论角度详细分析了电子-声子耦合的选择规则。我们的计算表明，对于浅掺杂的情况下，只允许谷内散射，光学声子模式的贡献显着大于那些从声学声子模式在第IV族元素单层，和LA和一些特定的光学声子模式的总谷内散射的贡献显着。当掺杂增加且允许谷间散射时，Si、Ge和Sn单层薄膜的谷间散射远强于谷内散射，ZA/TA/LO声子模主导谷间散射。总谷间散射的主要贡献是ZA/TO在单层P，ZA/TO在单层As和TO/LO在单层Sb的充分的电子-声子耦合的研究基础上，我们准确地预测在这两个元素晶体中的载流子迁移率和热电优图，并揭示显着减少时，与广泛使用的简化模型的基础上的计算相比。
2020-10-11 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
High thermoelectric performances in PbP monolayers considering full electron-phonon coupling and four-phonon scattering processes
通过在能带结构中引入多谷来提高Seebeck系数的能带收敛策略已被广泛应用于热电性能的提高。然而，声子辅助的谷间散射效应被忽略，模式选择规则仍然不清楚。本文在考虑全模、能量和动量分辨的电子-声子相互作用（EPI）的情况下，研究了$α$ -、$β$ -和$γ$ -PbP的TE性质。利用群论分析了EPI矩阵元素的选取规则。计算结果表明，谷间散射对总载流子弛豫时间的贡献很大，并且谷间散射可以通过晶体对称性进行调制。此外，热性质的研究表明，四声子散射效应主导了声子弛豫过程，因为$α$ -、$β$ -和$γ$ -PbP中的三声子散射由于大的声光声子带隙而被抑制.在考虑EPI效应和高阶声子散射过程的情况下，计算得到的$α$ -、$β$ -和$γ$ -PbP的ZT值分别为0.90、0.24和1.25，表明它们在热电器件中具有良好的应用前景。
2022-06-05 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Comparative high-pressure structural and electrical transport properties study of thermoelectric (Bi1-xSbx)2Te3 compounds
本文通过高压X射线衍射和电输运测量，系统研究了不同Sb含量(Bi1-xSbx)2Te3的结构演化与金属化行为，发现Sb浓度升高会提高向无序BCC相转变的临界压力，并证实BST-0.7在12 GPa以上发生可逆压力诱导金属化。
2025-03-09 cond-mat.mtrl-sci
Ultralow thermal conductivity via weak interactions in PbSe/PbTe monolayer heterostructure for thermoelectric design
Xiangtan University（湘潭大学）；Centro de Física de Materiales (CFM-MPC), CSIC-UPV/EHU（材料物理中心 (CFM-MPC)，西班牙高等科学研究理事会-巴斯克国立自治大学）
通过弱相互作用实现极低热导率的PbSe/PbTe单层异质结，优化热电性能，实现高ZT值。
2025-07-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Enhancing thermoelectric performance of 2D Janus ISbTe by strain engineering: A first principle study
本研究利用第一性原理计算表明，拉伸应变与 p 型掺杂可显著提升二维 Janus ISbTe 单层的室温热电优值 ZT。
2024-03-04 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Possible high thermoelectric power factor in alkali-metal-intercalated BC$_3$: anisotropic multiple valleys originating from the van Hove singularity of graphene
本文理论预测碱金属插层BC3可实现高热电功率因子，源于石墨烯范霍夫奇点分裂产生的各向异性多谷，并通过钾插层抑制层间耦合保留有利电子结构。
2025-08-06 cond-mat.mtrl-sci
Hydrostatic Pressure Induced Anomalous Enhancement in the Thermoelectric Performance of Monolayer MoS$_{2}$
本文基于第一性原理计算发现，静水压通过提高谷简并度和声子散射，显著增强了单层MoS$_{2}$的热电势、功率因子并降低晶格热导率，从而大幅提升了其整体热电性能zT。
2023-08-01 cond-mat.mtrl-sci
The comparative defect study on the polymeric transfer of MoS2 monolayers
化学气相沉积（CVD）生长的单层MoS2的无缺陷转移对于2D器件的制造和需要最小化衬底效应的各种研究的基本观点都是重要的。在众多的转移技术中，使用聚合物作为载体的两种众所周知的技术是湿转移技术和表面能辅助转移技术。在这项工作中，我们转移一个单一的CVD生长的单层MoS2通过这两种转移方法在一个类似的衬底上，并在转移过程中的应变和缺陷的干预探测拉曼和光致发光（PL）光谱，分别。我们发现，传统的和常用的湿转移技术退化的单分子层由于KOH污染。相比之下，使用表面能量辅助转移方法转移的单层具有与所生长的MoS2层相当的结构完整性和光学质量。与湿法相比，在表面能辅助技术中使用拉曼光谱研究记录了无应变转移。
2021-01-18 cond-mat.mtrl-sci
Electronic and Optical properties of Metallic Nitride: A comparative study between the MN (M=Al, Ga, In, Tl) monolayers
用密度泛函理论研究了金属氮化物（MN）单分子膜的电子和光学性质。在大多数这些单层中，金属原子的电子密度远高于氮化物原子的电子密度，并且在M-N键中发现离子键、共价键和金属键，从而产生迷人的电子和光学性质。的光学带隙变化从几乎$0.0$到$3.0$ ~eV的MN单层取决于金属和氮化物原子之间的键类型，以及周围的费米能的轨道的类型的贡献。计算了MN单分子膜的介电函数、激发光谱、折射率、反射率和电导率等光学性质。发现在低光子能量下，激发能和静态介电常数与带隙成反比。具有大带隙的MN单分子膜具有良好的可见光功能，而具有较低带隙的MN单分子膜被发现在红外区域是活跃的。此外，它示出的MN单分子膜的光学性质表现出较强的各向异性相对于入射光的偏振。因此，我们对MN单层的光学性质的研究结果表明，它们可能是有益的光电子器件的应用。
2022-01-01 cond-mat.mtrl-sci
Janus $β$-PdXY (X/Y = S, Se, Te) Materials with high Anisotropic Thermoelectric Performance
结合DFT与玻尔兹曼输运理论，研究Janus $β$-PdXY单层材料在300-800K的热电性能，发现其高各向异性、低晶格热导率及高功率因子使p型材料在800K下ZT高达4.09，是理想热电器件候选者。
2023-05-19 cond-mat.mtrl-sci
Electronic and Thermoelectric Properties of Few-Layer Transition Metal Dichalcogenides
计算了1 ~ 4个单层的MoS $_{2}$、MoSe $_{2}$、WS $_{2}$和WSe $_{2}$的电子和热电性质。对于较少的层厚度，导带$K$和$Σ$谷以及价带$Γ$和$K$谷的近简并增强了n型和p型热电性能。层间杂化和能级分裂决定了谷最小值的$k_BT$内的模式数量如何随层厚度变化。在所有情况下，最大ZT与带边缘的$k_BT$内的最大近简并一致，这导致模式密度的最急剧的开启。出现这种最大值的厚度通常不是单层。从几个层到散装的过渡进行了讨论。所有材料和层厚度的有效质量、能隙、功率因数和ZT值均以表格形式列出。
2014-03-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
The electronic structure and elastic property of monolayer and bilayer transition metal dichalcogenides MX$_2$ (M=Mo,W;X=O,S,Se,Te): A comparative first-principles study
采用第一性原理方法，采用不同的交换关联泛函，包括LDA、PBE和OptB 88-vdW形式的vdW-DF泛函，研究了分子式为MX $_2$（M=Mo，W; X=O，S，Se，Te）的二维过渡金属二硫属化物（TMDC）单层和双层结构的电子和弹性性质.计算的能带结构表明，除了MoO $_2$和WO $_2$外，单层TMDC在K点处具有直接带隙。当单层堆叠成双层时，除了双层WTe $_2$在K点处仍然存在直接带隙外，发现间接带隙减小。计算的面内杨氏模量与石墨烯相当，这预示着TMDC在未来柔性和可拉伸电子器件中的可能应用。我们还评估了不同的泛函，包括LDA，PBE，和optB 88-vdW在描述TMDC的弹性模量的性能，发现LDA似乎是最合格的方法。此外，我们的计算表明，双层的杨氏模量是不敏感的堆叠顺序和单层之间的机械耦合似乎可以忽略不计。
2015-05-07 cond-mat.mtrl-sci
