Phosphorene nanoribbon as a promising candidate for thermoelectric applications

磷烯 凝聚态物理 之字形的 材料科学 热电效应 带隙 塞贝克系数 热导率 声子 热电材料 电子能带结构 光电子学 物理 热力学 几何学 复合材料 数学
作者
Jie Zhang,Huijun Liu,Lin Cheng,Jian Wei,Jinghua Liang,D. D. Fan,Jiao Shi,Xinfeng Tang,Q. J. Zhang
出处
期刊:Scientific Reports [Springer Nature]
卷期号:4 (1) 被引量:246
标识
DOI:10.1038/srep06452
摘要

In this work, the electronic properties of phosphorene nanoribbons with different width and edge configurations are studied by using density functional theory. It is found that the armchair phosphorene nanoribbons are semiconducting while the zigzag nanoribbons are metallic. The band gaps of armchair nanoribbons decrease monotonically with increasing ribbon width. By passivating the edge phosphorus atoms with hydrogen, the zigzag series also become semiconducting, while the armchair series exhibit a larger band gap than their pristine counterpart. The electronic transport properties of these phosphorene nanoribbons are then investigated using Boltzmann theory and relaxation time approximation. We find that all the semiconducting nanoribbons exhibit very large values of Seebeck coefficient and can be further enhanced by hydrogen passivation at the edge. Taking pristine armchair nanoribbons and hydrogen-passivated zigzag naoribbons with width N = 7, 8, 9 as examples, we calculate the lattice thermal conductivity with the help of phonon Boltzmann transport equation and evaluate the width-dependent thermoelectric performance. Due to significantly enhanced Seebeck coefficient and decreased thermal conductivity, we find that at least one type of phosphorene nanoribbons can be optimized to exhibit very high figure of merit (ZT values) at room temperature, which suggests their appealing thermoelectric applications.

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