二维PdTe2的热、电输运特性的实验与分子动力学模拟研究

来源 :中国石油大学(北京) | 被引量 : 0次 | 上传用户:wearetian
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作为新型的二维纳米材料,PdTe2(二碲化钯)在电子、光学、催化及化学等许多领域都有着潜在的应用前景。研究PdTe2纳米薄膜在低温下的电输运和热输运性质以及在强磁场下特殊的输运行为,对于探索新的物理现象和规律,开发新型高效的场效应晶体管、热电器件等实际应用问题具有重要指导意义。本文采用实验研究了悬架单晶PdTe2纳米薄膜的电、热、磁致电和磁致热输运特性,并结合非平衡态分子动力学模拟研究了单层PdTe2声子(晶格)热导率的长度、层数和温度依赖性。同时,本文采用模拟提出了一种同位素Te32(32 g/mol)原子替换有效降低单层PdTe2声子热导率的途径,并深入分析了其中的微观导热机理。采用直流通电加热法实验测量了PdTe2纳米薄膜的电阻率和热导率的温度依赖性。50-300 K温度区间,电阻率随温度升高线性增加,呈现出与金属相同的电学性质。电阻率与已研究的微米级的材料差别较小,未表现出明显的尺寸效应。热导率随温度升高逐渐增大,在室温时高达130 W m-1 K-1,总的热导率由电子和声子共同贡献。根据Wiedemann-Franz定律得到室温的声子热导率为103 W m-1 K-1,占总热导率的76%,结合模拟的多层PdTe2声子热导率的收敛趋势,验证了Wiedemann-Franz定律低估了PdTe2纳米薄膜中的电子热导率。实验测量的单晶PdTe2纳米薄膜的热导率比已研究的多晶PdTe2材料高一个数量级,反映出单晶PdTe2薄膜在纳米尺度下仍具有十分优异的导电和导热性质。实验测量了0-14 T磁场强度和20-300 K温度区间PdTe2纳米薄膜的磁致电阻率和热导率。磁致电阻率随磁场增强而增大,高达14 T时未出现饱和现象,且Kohler定律仍然有效;在20 K、14 T下,电阻率增加了114%。在100-300 K温度区间,热导率在高达14 T磁场强度下基本无变化,具有很强的抗磁场干扰能力,可应用于强磁场环境;在20-100 K温度区间,热导率随温度降低逐渐减小,在20K时,热导率减小了11%。PdTe2纳米薄膜在低温下的电和热输运性质随磁场强度变化显著,表明低温下是一种很好的磁感应材料。采用分子动力学模拟研究了单层PdTe2声子热导率的长度、层数和温度依赖性,单层PdTe2的声子热导率随长度增加而增大,随层数增加逐渐减小,随温度升高而减小,观察到显著的尺寸效应。与单层PdTe2相比,Janus Te32PdTe结构可有效降低声子热导率,为基于PdTe2的热电器件热电性能的提高提供了一种参考。
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