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李武研究员课题组在高迁移率和高热电性能二维材料预测方面取得研究进展

发布时间:2020-09-12 | 浏览次数:

二维材料由于尺寸的极大减小,在电子设备微型化的当下具有很好的应用潜力,因而受到广泛关注。对于电子器件和热电器件,需要材料具有好的电输运特性。探索高迁移率和高热电优值二维材料是当前研究的一个重要方向。最近,理论预测了单层α-Te的稳定存在  [Zhu et al., Phys. Rev. Lett. 119, 106101(2017)],不同于以往热电材料多为复杂晶格结构的化合物,单层α-Te为简单晶格的单元素体系。


李武研究员课题组通过分析单层α-Te的物理特性,认为其会具有很好的热电性能,并通过第一性原理计算得到验证。计算发现N型单层α-Te的热电优值在300-700 K的温度区间可以达到0.55-1.46;同时,电子迁移率高达2500-630 cm2/Vs。进一步研究发现,由于ZA声子对电子的散射起主导作用,通过施加应力,ZA声子由二次关系转变为线性关系,ZA声子数极大减少,使得声子散射作用减弱,电子迁移率和热电优值都增加。当施加4%的应力时,在300-700 K温度区间,电子迁移增加到8000-1500 cm2/Vs;热电优值提高到0.94-2.03,与当前最先进的三维热电材料相近。


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图:不同应力作用下N型单层α-Te的(左)迁移率和(右)热电优值


研究结果发表于ACS Applied Materials & Interfaces,标题为“Strain-Induced Ultrahigh Electron Mobility and Thermoelectric Figure of Merit in Monolayer α-Te”。论文第一作者是马金龙副研究员(现为华中科技大学教师),合作者包括克莱姆森大学(美国)的博士生孟繁臣(共同指导)、Jian He教授,以及郑州大学的贾瑜教授。研究工作受国家自然科学基金,广东省自然科学基金和深圳市科创委学科布局项目资助。


李武研究员2008年以来一直从事热、电以及热电输运的研究工作,通过发展计算方法和开发计算工具,极大地推动了微纳尺度传热和热电材料等领域的发展。


论文链接:http://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsami.0c10236