The nearly free electron states and the conductivity limited by electron–phonon scattering of an OH-terminated MXene material, a case study of the Hf2C(OH)2 monolayer

MXenes公司 单层 电导率 散射 凝聚态物理 声子 电子 费米能级 费米能量 材料科学 电阻率和电导率 化学 物理 纳米技术 物理化学 光学 量子力学
作者
Lanting Feng,Guodong Yu,Yisong Zheng
出处
期刊:Physical Chemistry Chemical Physics [The Royal Society of Chemistry]
卷期号:24 (39): 24219-24227 被引量:1
标识
DOI:10.1039/d2cp03319d
摘要

Reducing the electron-phonon scattering is always desirable for realizing high conductivity of actual materials at room temperature. It is seemingly feasible in some OH-terminated MXenes such as the Hf2C(OH)2 monolayer, which hosts the so-called nearly free electron states (NFESs) near the Fermi energy. The NFESs are characterized by a large separation between the major electronic probability distribution and the atomic layer of MXenes. This implies that the NFESs suffer from a very weak electron-phonon scattering, hence the high conductivity at room temperature of these materials. We perform first principles calculations on the conductivity limited by the electron-phonon (e-ph) scattering of the Hf2C(OH)2 monolayer. Our results indicate that the conductivity of the Hf2C(OH)2 monolayer at room temperature is indeed higher than those of most of the MXene materials. However, such a high conductivity cannot be attributed to the existence of the NFESs because of their relatively low electronic band velocity. This conclusion is applicable to other OH-terminated MXene materials such as Zr2C(OH)2 since their band structures around the Fermi energy are highly analogous. Our study suggests that both large band velocity and weak e-ph coupling are important for realizing ultrahigh conductivity facilitated by the NFESs in materials.
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