Mechanical, optical, and thermoelectric properties of semiconducting ZnIn2X4 (X=S, Se, Te) monolayers

物理 算法 数学
作者
Mohammad Ali Mohebpour,Bohayra Mortazavi,Timon Rabczuk,Xiaoying Zhuang,Alexander V. Shapeev,Meysam Bagheri Tagani
出处
期刊:Physical review [American Physical Society]
卷期号:105 (13) 被引量:44
标识
DOI:10.1103/physrevb.105.134108
摘要

In the latest experimental success in the field of two-dimensional materials, $\mathrm{Zn}{\mathrm{In}}_{2}{\mathrm{S}}_{4}$ nanosheets with a highly appealing efficiency for photocatalytic hydrogen evolution were synthesized [S. Zhang et al., ACS Nano 15, 15238 (2021)]. Motivated by this accomplishment, herein, we conduct first-principles-based calculations to explore the physical properties of the $\mathrm{Zn}{\mathrm{In}}_{2}{X}_{4}$ ($X$ = S, Se, Te) monolayers. The results confirm the desirable dynamical and mechanical stability of the $\mathrm{Zn}{\mathrm{In}}_{2}{X}_{4}$ monolayers. $\mathrm{Zn}{\mathrm{In}}_{2}{\mathrm{S}}_{4}$ and $\mathrm{Zn}{\mathrm{In}}_{2}{\mathrm{Se}}_{4}$ are semiconductors with direct band gaps of 3.94 and 2.77 eV, respectively while $\mathrm{Zn}{\mathrm{In}}_{2}{\mathrm{Te}}_{4}$ shows an indirect band gap of 1.84 eV. The optical properties achieved from the solution of the Bethe-Salpeter equation predict the exciton binding energy of the $\mathrm{Zn}{\mathrm{In}}_{2}{\mathrm{S}}_{4}$, $\mathrm{Zn}{\mathrm{In}}_{2}{\mathrm{Se}}_{4}$, and $\mathrm{Zn}{\mathrm{In}}_{2}{\mathrm{Te}}_{4}$ monolayers to be 0.51, 0.41, and 0.34 eV, respectively, suggesting the high stability of the excitonic states against thermal dissociation. Using the iterative solutions of the Boltzmann transport equation accelerated by machine learning interatomic potentials, the room-temperature lattice thermal conductivity of the $\mathrm{Zn}{\mathrm{In}}_{2}{\mathrm{S}}_{4}$, $\mathrm{Zn}{\mathrm{In}}_{2}{\mathrm{Se}}_{4}$, and $\mathrm{Zn}{\mathrm{In}}_{2}{\mathrm{Te}}_{4}$ monolayers is predicted to be remarkably low as 5.8, 2.0, and 0.4 W/mK, respectively. Due to the low lattice thermal conductivity, high thermopower, and large figure of merit, we propose the $\mathrm{Zn}{\mathrm{In}}_{2}{\mathrm{Se}}_{4}$ and $\mathrm{Zn}{\mathrm{In}}_{2}{\mathrm{Te}}_{4}$ monolayers as promising candidates for thermoelectric energy conversion systems. This study provides an extensive vision concerning the intrinsic physical properties of the $\mathrm{Zn}{\mathrm{In}}_{2}{X}_{4}$ nanosheets and highlights their characteristics for energy conversion and optoelectronics applications.
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
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
天晴应助科研通管家采纳,获得10
1秒前
天晴应助科研通管家采纳,获得10
1秒前
迦鳞完成签到 ,获得积分10
2秒前
yangjinru完成签到 ,获得积分10
4秒前
腼腆的山兰完成签到 ,获得积分10
4秒前
abab小王发布了新的文献求助10
4秒前
槿裡完成签到 ,获得积分10
5秒前
13秒前
虚幻沛文完成签到 ,获得积分10
14秒前
可不可以完成签到 ,获得积分10
18秒前
橙汁完成签到 ,获得积分10
24秒前
淞淞于我完成签到 ,获得积分0
30秒前
凌爽完成签到 ,获得积分10
33秒前
KD完成签到,获得积分10
37秒前
笑点低的凉面完成签到,获得积分10
38秒前
梨落南山雪完成签到 ,获得积分10
42秒前
爆米花应助木木采纳,获得10
42秒前
LNdOjk完成签到,获得积分10
44秒前
翰飞寰宇完成签到 ,获得积分10
44秒前
叶子完成签到 ,获得积分10
45秒前
甘sir完成签到 ,获得积分0
50秒前
木木完成签到 ,获得积分10
51秒前
LIUS完成签到,获得积分10
51秒前
qq完成签到 ,获得积分0
59秒前
PHI完成签到 ,获得积分10
59秒前
1分钟前
jzhang910完成签到 ,获得积分10
1分钟前
abab小王发布了新的文献求助10
1分钟前
junjie完成签到,获得积分10
1分钟前
lulufighting完成签到,获得积分10
1分钟前
Easonluo8完成签到,获得积分10
1分钟前
lxj1472完成签到,获得积分10
1分钟前
1分钟前
健壮的绿凝完成签到,获得积分10
1分钟前
CC完成签到 ,获得积分10
1分钟前
喜悦的半青完成签到 ,获得积分10
1分钟前
木木发布了新的文献求助10
1分钟前
喜悦的绮露完成签到 ,获得积分10
1分钟前
小马完成签到 ,获得积分10
1分钟前
DrHHB应助22采纳,获得200
1分钟前
高分求助中
Markov Chain Monte Carlo 10000
(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
Advanced Weaponeering Fourth Edition, Volume 2 1000
Weaponeering: An Introduction Fourth Edition, Volume 1 1000
悉尼大学博士学位论文,题目:Modelling and testing of one-sided stitched laminated composites. 作者:Kristopher P. Plain 700
Matrix Methods in Data Mining and Pattern Recognition Second Edition 610
The Redesign of International Investment Contracts 600
热门求助领域 (近24小时)
化学 材料科学 医学 生物 纳米技术 工程类 有机化学 化学工程 生物化学 计算机科学 内科学 物理 复合材料 催化作用 细胞生物学 无机化学 光电子学 物理化学 电极 基因
热门帖子
关注 科研通微信公众号,转发送积分 7537119
求助须知:如何正确求助?哪些是违规求助? 9122056
关于积分的说明 19486216
捐赠科研通 7135231
什么是DOI,文献DOI怎么找? 3257538
关于科研通互助平台的介绍 2424907
邀请新用户注册赠送积分活动 2245503