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
123发布了新的文献求助10
1秒前
1秒前
2秒前
JamesPei应助贪玩绮山采纳,获得10
3秒前
yuyu完成签到,获得积分10
3秒前
零知识完成签到 ,获得积分10
3秒前
lingzi1015完成签到,获得积分10
3秒前
量子星尘发布了新的文献求助50
4秒前
佼佼者完成签到,获得积分10
4秒前
5165asd发布了新的文献求助10
5秒前
yhp完成签到 ,获得积分10
5秒前
5秒前
黄先生完成签到 ,获得积分10
5秒前
湿雨怨围发布了新的文献求助10
5秒前
Hello应助科研通管家采纳,获得10
6秒前
kingwill应助科研通管家采纳,获得20
6秒前
科研通AI2S应助科研通管家采纳,获得10
6秒前
6秒前
wanci应助科研通管家采纳,获得10
6秒前
浮游应助科研通管家采纳,获得10
6秒前
酷波er应助科研通管家采纳,获得10
6秒前
浮游应助科研通管家采纳,获得10
6秒前
Akim应助科研通管家采纳,获得10
6秒前
小录完成签到 ,获得积分20
6秒前
顾矜应助科研通管家采纳,获得10
6秒前
思源应助科研通管家采纳,获得10
7秒前
kingwill应助科研通管家采纳,获得20
7秒前
wanci应助科研通管家采纳,获得10
7秒前
小二郎应助科研通管家采纳,获得10
7秒前
7秒前
7秒前
小qin发布了新的文献求助10
7秒前
贪玩绮山完成签到,获得积分10
7秒前
研友_ZG4ml8发布了新的文献求助10
8秒前
打打应助恭喜发财采纳,获得10
9秒前
SciGPT应助阳光若云采纳,获得10
9秒前
李健应助Catherine采纳,获得10
9秒前
10秒前
10秒前
6666666666完成签到 ,获得积分10
11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
SOFT MATTER SERIES Volume 22 Soft Matter in Foods 1000
Zur lokalen Geoidbestimmung aus terrestrischen Messungen vertikaler Schweregradienten 1000
Storie e culture della televisione 500
Selected research on camelid physiology and nutrition 500
《2023南京市住宿行业发展报告》 500
Food Microbiology - An Introduction (5th Edition) 500
热门求助领域 (近24小时)
化学 医学 生物 材料科学 工程类 有机化学 内科学 生物化学 物理 计算机科学 纳米技术 遗传学 基因 复合材料 化学工程 物理化学 病理 催化作用 免疫学 量子力学
热门帖子
关注 科研通微信公众号,转发送积分 4883770
求助须知:如何正确求助?哪些是违规求助? 4169191
关于积分的说明 12936448
捐赠科研通 3929507
什么是DOI,文献DOI怎么找? 2156156
邀请新用户注册赠送积分活动 1174572
关于科研通互助平台的介绍 1079322