Enhancement of the lattice thermal conductivity of two-dimensional functionalized MXenes by inversion symmetry breaking

非谐性 点反射 凝聚态物理 声子 物理 散射 热导率 对称性破坏 MXenes公司 材料科学 量子力学 纳米技术
作者
Shuang Lü,Weijun Ren,Jia He,Cuiqian Yu,Pengfei Jiang,Jie Chen
出处
期刊:Physical review [American Physical Society]
卷期号:105 (16) 被引量:40
标识
DOI:10.1103/physrevb.105.165301
摘要

Crystal symmetry plays a critical role in thermal transport in solids. One example is mirror symmetry in monolayer graphene that promotes thermal transport by forbidding certain phonon scattering channels. Here, we show an interesting counterexample in monolayer ${\mathrm{Ta}}_{2}\mathrm{C}{\mathrm{S}}_{2}$ that inversion symmetry breaking can abnormally enhance lattice thermal conductivity of two-dimensional (2D) functionalized MXenes based on the phonon Boltzmann transport theory combined with first-principles calculations. We find inversion symmetry breaking not only affects scattering channels but also redistributes the charge and changes the anharmonic phonon properties. Both atomic vibrations in real space and phonon scattering rates in the reciprocal space confirm the significantly reduced lattice anharmonicity in an asymmetric ${\mathrm{Ta}}_{2}\mathrm{C}{\mathrm{S}}_{2}$ sheet, leading to substantially enhanced thermal conductivity after inversion symmetry breaking. The physical origin for the variation of anharmonic properties induced by symmetry is discussed in detail. In this paper, we provide insight into the complex role of symmetry on thermal transport in 2D functionalized MXenes.

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