Strain-induced enhancement of thermoelectric performance of TiS2monolayer based on first-principles phonon and electron band structures

材料科学 热电效应 凝聚态物理 塞贝克系数 单层 声子 热电材料 带隙 玻尔兹曼常数 直接和间接带隙 极限抗拉强度 电子能带结构 声子散射 热导率 功勋 复合材料 光电子学 纳米技术 热力学 物理
作者
Guanpeng Li,K.L. Yao,Guoying Gao
出处
期刊:Nanotechnology [IOP Publishing]
卷期号:29 (1): 015204-015204 被引量:75
标识
DOI:10.1088/1361-6528/aa99ba
摘要

Using first-principle calculations combined with Boltzmann transport theory, we investigate the biaxial strain effect on the electronic and phonon thermal transport properties of a 1 T (CdI2-type) structural TiS2 monolayer, a recent experimental two-dimensional (2D) material. It is found that the electronic band structure can be effectively modulated and that the band gap experiences an indirect−direct−indirect transition with increasing tensile strain. The band convergence induced by the tensile strain increases the Seebeck coefficient and the power factor, while the lattice thermal conductivity is decreased under the tensile strain due to the decreasing group velocity and the increasing scattering chances between the acoustic phonon modes and the optical phonon modes, which together greatly increase the thermoelectric performance. The figure of merit can reach 0.95 (0.82) at an 8 percent tensile strain for the p-type (n-type) doping, which is much larger than that without strain. The present work suggests that the TiS2 monolayer is a good candidate for 2D thermoelectric materials, and that biaxial strain is a powerful tool with which to enhance thermoelectric performance.
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