Enhanced thermoelectric performance by lone-pair electrons and bond anharmonicity in the two-dimensional Ge2Y2 family of materials with Y=N

单独一对 物理 凝聚态物理 电子 非谐性 结晶学 热电效应 格子(音乐) 原子物理学 热力学 量子力学 化学 分子 声学
作者
Ao Lou,Qingbo Liu,Hua‐Hua Fu
出处
期刊:Physical review [American Physical Society]
卷期号:105 (7) 被引量:26
标识
DOI:10.1103/physrevb.105.075431
摘要

Using density functional theory combined with the Boltzmann transport equation, the charge, thermal transport, and thermoelectric properties in two-dimensional (2D) ${\mathrm{Ge}}_{2}{Y}_{2}$ ($Y=\text{N}$, P, As, or Sb) monolayers characterized by two structural phases, i.e., $\ensuremath{\alpha}\text{\ensuremath{-}}{\mathrm{Ge}}_{2}{\mathrm{Y}}_{2}$ and $\ensuremath{\beta}\text{\ensuremath{-}}{\mathrm{Ge}}_{2}{\mathrm{Y}}_{2}$, have been studied systematically. Our theoretical results demonstrate that the lone-pair electrons have remarkable influences on their lattice thermal conductivity. By performing comparative studies on the two different structures of ${\mathrm{Ge}}_{2}{\mathrm{Sb}}_{2}$, we uncover that the above influences not only originate from the interactions between the lone-pair electrons around Sb atoms and the bonding electrons of the adjacent Ge atom, but also from the interlayer Coulomb repulsive forces of lone-pair electrons distributed in different layers. The latter leads to a strong anharmonicity, which greatly suppresses the lattice thermal conductivity. Thus, $\ensuremath{\alpha}\text{\ensuremath{-}}{\mathrm{Ge}}_{2}{\mathrm{Sb}}_{2}$ monolayer has an ultralow thermal conductivity with 0.19 W/mK, while $\ensuremath{\beta}\text{\ensuremath{-}}{\mathrm{Ge}}_{2}{\mathrm{Sb}}_{2}$ monolayer with 5.1 W/mK at the temperature 300 K. Owing to the ultralow lattice thermal conductivity induced by lone-pair electrons, the predicted maximum value of the thermoelectric figure of merit ($ZT$) reaches 1.2 for $p$-type and 1.18 for $n$-type doping $\ensuremath{\alpha}\text{\ensuremath{-}}{\mathrm{Ge}}_{2}{\mathrm{Sb}}_{2}$. Our theoretical results put forward another effective mechanism to design and optimize 2D thermoelectric materials with high thermoelectric conversion efficiency.
最长约 10秒,即可获得该文献文件

科研通智能强力驱动
Strongly Powered by AbleSci AI
更新
PDF的下载单位、IP信息已删除 (2025-6-4)

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
刚刚
bkagyin应助迅速的晟睿采纳,获得10
1秒前
1秒前
神奇的种子完成签到 ,获得积分10
1秒前
100发布了新的文献求助10
2秒前
学学完成签到,获得积分10
2秒前
2秒前
2秒前
小红勇闯科研界完成签到,获得积分10
2秒前
动听的星月完成签到,获得积分10
2秒前
Xxxx发布了新的文献求助10
2秒前
清清子发布了新的文献求助10
3秒前
研友_LX66qZ完成签到,获得积分10
3秒前
3秒前
3秒前
希望天下0贩的0应助kangkang采纳,获得10
4秒前
4秒前
liao_duoduo完成签到,获得积分10
4秒前
4秒前
等待的苡完成签到,获得积分10
4秒前
来自3602完成签到,获得积分10
5秒前
不安青牛应助雯雯采纳,获得10
5秒前
小二郎应助跳跃的若血采纳,获得10
5秒前
活泼灵枫完成签到,获得积分10
5秒前
雷乾发布了新的文献求助10
5秒前
6秒前
CHEN完成签到,获得积分10
7秒前
Jack123发布了新的文献求助10
7秒前
腼腆的伯云完成签到,获得积分10
7秒前
顾矜应助顺利毕业采纳,获得10
8秒前
yao完成签到,获得积分10
8秒前
B1t272发布了新的文献求助10
8秒前
8秒前
8秒前
sxr完成签到,获得积分10
8秒前
AUGKING27完成签到 ,获得积分10
9秒前
弦里弦外发布了新的文献求助30
9秒前
秀丽映阳完成签到,获得积分10
9秒前
zeng完成签到 ,获得积分10
9秒前
李健的粉丝团团长应助jzh采纳,获得10
10秒前
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
Manipulating the Mouse Embryo: A Laboratory Manual, Fourth Edition 1000
Determination of the boron concentration in diamond using optical spectroscopy 600
The Netter Collection of Medical Illustrations: Digestive System, Volume 9, Part III - Liver, Biliary Tract, and Pancreas (3rd Edition) 600
Founding Fathers The Shaping of America 500
Research Handbook on Law and Political Economy Second Edition 398
March's Advanced Organic Chemistry: Reactions, Mechanisms, and Structure 300
热门求助领域 (近24小时)
化学 材料科学 医学 生物 工程类 有机化学 生物化学 物理 纳米技术 计算机科学 内科学 化学工程 复合材料 物理化学 基因 催化作用 遗传学 冶金 电极 光电子学
热门帖子
关注 科研通微信公众号,转发送积分 4556575
求助须知:如何正确求助?哪些是违规求助? 3984605
关于积分的说明 12336313
捐赠科研通 3654594
什么是DOI,文献DOI怎么找? 2013241
邀请新用户注册赠送积分活动 1048230
科研通“疑难数据库(出版商)”最低求助积分说明 936624