Highly Thermoelectric Efficient Armchair Silicene Nanoribbons With Silicon Adatom Defects

硅烯 自旋(空气动力学) 热电效应 凝聚态物理 电荷(物理) 声子 材料科学 塞贝克系数 物理 拓扑(电路) 量子力学 热力学 数学 组合数学 光电子学
作者
Ankit Sirohi,Jawar Singh
出处
期刊:IEEE Transactions on Electron Devices [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:69 (12): 7128-7134 被引量:3
标识
DOI:10.1109/ted.2022.3215710
摘要

In this work, we propose armchair silicene nanoribbons with silicon (Si) adatom defect (ASiNR-Ad) for efficient thermoelectric devices. Using density functional theory (DFT) and nonequilibrium Green’s function method, we investigated the spin caloritronic effect on ASiNR-Ad of different widths ( ${N}={4}$ , 5, 6, and 7). We observed that all ASiNR-Ads are magnetic semiconductors with a variable spin gap. Our results showed that the presence of adatom defect on armchair silicene nanoribbons (ASiNRs) significantly lowers phonon thermal conductance at ambient temperature. The ASiNR-Ads also exhibit large spin and charge Seebeck coefficient ( ${S}_{s}$ and ${S}_{c}$ ) values of 1200 and $1120 ~\mu \text{V}$ /K, respectively. The large value of Seebeck coefficients and reduced phonon thermal conductance results in the high value of spin and charge thermoelectric figure of merit ( ${Z}_{s}{T}$ and ${Z}_{c}{T}$ ) of ~64 and ~58, respectively, in the narrow device which is substantially higher than pristine ASiNRs having a ${Z}_{s}{T}={0}$ and ${Z}_{c}{T}={2.8}$ . Spin current ( ${I}_{s}$ ) dominates charge current ( ${I}_{c}$ ) in all the considered devices. A zero charge current was achieved by modulating temperature drop across the ASiNR-Ad based device, thus eliminating the Joule heating effect. Moreover, we observed an unprecedented giant thermal magnetoresistance (MR) of ~ ${4.3}\times{10}^{{6}}\%$ in the ASiNR-Ad based device. These findings suggest that ASiNR-Ad can be employed effectively for energy harvesting and low-power applications utilizing spin current.

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