清晨好,您是今天最早来到科研通的研友!由于当前在线用户较少,发布求助请尽量完整地填写文献信息,科研通机器人24小时在线,伴您科研之路漫漫前行!

Ultra-low lattice thermal conductivity and giant phonon–electric field coupling in hafnium dichalcogenide monolayers

声子 凝聚态物理 材料科学 布里渊区 热电效应 从头算量子化学方法 化学 物理 热力学 分子 有机化学
作者
Manish Kumar Mohanta,Ashima Rawat,Nityasagar Jena,Raihan Ahammed,Abir De Sarkar
出处
期刊:Journal of Physics: Condensed Matter [IOP Publishing]
卷期号:32 (31): 315301-315301 被引量:21
标识
DOI:10.1088/1361-648x/ab7e5f
摘要

Phonons in crystalline solids are of utmost importance in governing its lattice thermal conductivity (k L). In this work, k L in hafnium (Hf) dichalcogenide monolayers has been investigated based on ab initio DFT coupled to linearized Boltzmann transport equation together with single-mode relaxation-time approximation. Ultra-low k L found in HfS2 (2.19 W m-1 K-1), HfSe2 (1.23 W m-1 K-1) and HfSSe (1.78 W m-1 K-1) monolayers at 300 K, is comparable to that of the state-of-art bulk thermoelectric materials, such as, Bi2Te3 (1.6 W m-1 K-1), PbTe (2.2 W m-1 K-1) and SnSe (2.6 W m-1 K-1). Gigantic longitudinal-transverse optical (LO-TO) splitting of up to 147.7 cm-1 is noticed at the Brillouin zone-centre (Γ-point), which is much higher than that in MoS2 single layer (∼2 cm-1). It is driven by the colossal phonon-electric field coupling arising from the domination of ionic character in the interatomic bonds and Born effective or dynamical charges as high as 7.4e on the Hf ions, which is seven times that on Mo in MoS2 single layer. Enhancement in k L occurs in HfS2 (2.19 to 4.1 W m-1 K-1), HfSe2 (1.23 to 1.7 W m-1 K-1) and HfSSe (1.78 to 2.2 W m-1 K-1) upon the incorporation of the non-analytic correction term. Furthermore, the mode Grüneisen parameter is calculated to be as high as ∼2.0, at room temperature, indicating a strong anharmonicity. Moreover, the contribution of optical phonons to k L is found to be ∼12%, which is significantly high than that in single-layer MoS2. Large atomic mass of Hf (178.5 u), small phonon group velocities (4-5 km s-1), low Debye temperature (∼166 K), low bond and elastic stiffness (Young's modulus ∼75 N m-1), small phonon lifetimes (∼6 ps), low specific heat capacity (∼17 J K-1 mol-1) and strong anharmonicity are collectively found to be the factors responsible for such a low k L. These findings would be immensely helpful in designing thermoelectric interconnects at the nanoscale and 2D material-based energy harvesters.

科研通智能强力驱动
Strongly Powered by AbleSci AI
科研通是完全免费的文献互助平台,具备全网最快的应助速度,最高的求助完成率。 对每一个文献求助,科研通都将尽心尽力,给求助人一个满意的交代。
实时播报
孤独剑完成签到 ,获得积分10
14秒前
Izzie今天只想摸鱼完成签到,获得积分10
31秒前
羞涩的问兰完成签到,获得积分10
58秒前
1分钟前
桥西小河完成签到 ,获得积分10
1分钟前
spvawbl完成签到 ,获得积分10
1分钟前
机智的苗条完成签到,获得积分10
1分钟前
螺丝炒钉子完成签到,获得积分10
2分钟前
玛卡巴卡爱吃饭完成签到 ,获得积分10
2分钟前
2分钟前
成就的香菇完成签到,获得积分10
3分钟前
灿烂而孤独的八戒完成签到 ,获得积分10
3分钟前
3分钟前
3分钟前
鸡鸡大魔王完成签到,获得积分10
4分钟前
sofardli完成签到,获得积分10
4分钟前
4分钟前
sofardli发布了新的文献求助10
4分钟前
酷酷海豚完成签到,获得积分10
4分钟前
草拟大坝完成签到 ,获得积分0
5分钟前
马仔猴完成签到 ,获得积分10
5分钟前
5分钟前
luo完成签到,获得积分10
5分钟前
5分钟前
迷茫的一代完成签到,获得积分10
5分钟前
Aeeeeeeon完成签到 ,获得积分10
6分钟前
哈哈哈完成签到,获得积分10
6分钟前
我是笨蛋完成签到 ,获得积分10
6分钟前
woxinyouyou完成签到,获得积分0
6分钟前
柠檬树完成签到,获得积分10
6分钟前
FeelingUnreal完成签到,获得积分10
6分钟前
GHOSTagw完成签到,获得积分10
6分钟前
晨风完成签到,获得积分10
6分钟前
傻瓜完成签到 ,获得积分10
6分钟前
6分钟前
sz114发布了新的文献求助80
7分钟前
spinon完成签到,获得积分10
7分钟前
7分钟前
Kao应助科研通管家采纳,获得10
7分钟前
医上南山完成签到,获得积分10
7分钟前
高分求助中
(应助此贴封号)【重要!!请各用户(尤其是新用户)详细阅读】【科研通的精品贴汇总】 10000
Cronologia da história de Macau 5000
Petrology and Plate Tectonics 800
Prompt Engineering for Clinicians: Harnessing AI in Everyday Medical Practice 600
Electrode Potentials 550
Handbook Of Synthetic Methodologies And Protocols Of Nanomaterials 500
Trees of tropical Asia : an illustrated guide to diversity 500
热门求助领域 (近24小时)
化学 材料科学 医学 生物 纳米技术 工程类 有机化学 化学工程 生物化学 计算机科学 内科学 物理 复合材料 催化作用 细胞生物学 光电子学 物理化学 电极 基因 免疫学
热门帖子
关注 科研通微信公众号,转发送积分 6987763
求助须知:如何正确求助?哪些是违规求助? 8665237
关于积分的说明 18370657
捐赠科研通 6455903
什么是DOI,文献DOI怎么找? 3095871
关于科研通互助平台的介绍 2155400
邀请新用户注册赠送积分活动 2072060