Phonon transport in single-layer transition metal dichalcogenides: A first-principles study

玻尔兹曼方程 声子 热导率 凝聚态物理 材料科学 散射 放松(心理学) 带隙 声子散射 散射率 玻尔兹曼常数 物理 热力学 光学 复合材料 社会心理学 超导电性 心理学
作者
Xiaokun Gu,Ronggui Yang
出处
期刊:Applied Physics Letters [American Institute of Physics]
卷期号:105 (13) 被引量:337
标识
DOI:10.1063/1.4896685
摘要

Two-dimensional transition metal dichalcogenides (TMDCs) are finding promising electronic and optical applications due to their unique properties. In this letter, we systematically study the phonon transport and thermal conductivity of eight semiconducting single-layer TMDCs, MX2 (M = Mo, W, Zr, and Hf, X = S and Se), by using the first-principles-driven phonon Boltzmann transport equation approach. The validity of the single-mode relaxation time approximation to predict the thermal conductivity of TMDCs is assessed by comparing the results with the iterative solution of the phonon Boltzmann transport equation. We find that the phononic thermal conductivities of 2H-type TMDCs are above 50 W/mK at room temperature while the thermal conductivity values of the 1T-type TMDCs are much lower, when the size of the sample is 1 μm. A very high thermal conductivity value of 142 W/mK was found in single-layer WS2. The large atomic weight difference between W and S leads to a very large phonon bandgap which in turn forbids the scattering between acoustic and optical phonon modes and thus resulting in very long phonon relaxation time.
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