二维SnTe热电性能的层厚及扭转调控的理论研究

来源 :深圳大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:waugh9071
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
SnTe,被广泛认为是一种有前途的热电材料,其二维层状结构也在实验上成功制备。量子尺寸效应可以引起令人瞩目的几何、电子、光电和热电性质,使得近年来逐渐涌现出许多新颖的二维(2D)层状材料的研究。然而,当前报道的薄膜材料热电性能通常是对尺寸、微结构和界面等因素敏感的,并不比对应的块体热电性能好。对于低维材料,理想热电性能的极限仍是一个尚未解决的问题。应用量子力学的理论工具,在不受样品制备缺陷和界面性质干扰的情况下,研究了二维SnTe的热电性能。因此,本工作系统研究了二维SnTe面外的层厚特征尺寸对热电性能的影响。此外,二维材料热电优化的层间扭转角被视为可以调控能带带隙和电、光电效应的独特方法。为阐明扭转角的有效性,我们进一步研究了不同扭转角度下的双层SnTe的电及热电性能。通过层厚控制和层间扭转工程,本工作证明了层间耦合效应在电子传输和热电性能的演变中起着重要的作用。(1)揭示了量子尺寸效应对二维SnTe材料的影响,通过研究由层间弱相互作用形成的单层(0.65 nm)到六层(3.8 nm)SnTe,发现在面外方向具有显著的量子尺寸效应特征尺寸:以3层为临界尺寸,在该层数(即临界尺寸)之上会发生载流子迁移率和弛豫时间的急剧下降,并趋于块体。因此,该临界尺寸是量子尺寸效应下的一个转折点。层厚尺寸不会改变二维SnTe的面内各向异性,在扶手椅方向上的输运性能始终高于锯齿形方向。二维SnTe电子能带结构具有明显的层依赖关系,且由于层间耦合作用以及奇数层缺少反演对称中心,奇偶数层的带隙各自具有一个下降趋势。(2)二维超薄少层SnTe(1-3 L)与SnTe块体相比,强烈的量子尺寸效应有助于增强热电性能。热电性能在单层SnTe中的表现是最优的,但是会随着层数的增加迅速衰减,6层以上接近于块体材料的特征。功率因子(PF)表现出明显的层厚可调性,主要取决于层依赖性的弛豫时间、有效质量、电导率和塞贝克系数综合作用的结果。本工作的研究为高性能热电材料的低维化尺寸策略提供了深刻的物理理解。超薄二维材料(<2 nm,3层以内)的热电性能具有低维优化特点,比块体更为优异。(3)本工作研究了层间扭转堆叠对层状热电材料性能的调控。以双层SnTe为模型,揭示了0?,90?,180?和270?扭转角度下的原子层堆叠结构,电子性质以及热电性能。随着扭转角度的改变,双层SnTe的带隙值会发生显著的增与减,导带底(CBM)和价带顶(VBM)的位置也交替变换。然而CBM和VBM都来自于相同的电子轨道贡献,它们并不受扭转效应的影响。在热电性能方面,无论是N型还是P型掺杂,当扭转到90?时,在XX方向上出现功率因子PF和热电优值ZT的最大值;当扭转到270?时,在YY方向上出现PF和ZT最大值。可见层间扭转调控是调整纳米半导体器件热电性能的一种有效方法,为二维材料的扭转工程以及未来相关热电器件的研制提供了必要的信息。
其他文献
光学显微成像可提供高对比的图像对众多科学领域都有重大贡献,尤其是对生物医学领域,因其具有非侵入性等优点受到生物学家和医学家的欢迎,而在生物医学诊断与治疗中发挥巨大作用。在过去十年里,随着超分辨显微镜的出现,光学显微镜的最后一个阻碍——衍射极限被克服,且成像分辨率能高达20 nm。根据其“绕过”光学衍射极限的不同技术手段,主要分为3种:1)通过空间光学调制缩小光斑的点扩散函数(Point Sprea
β-SiAlON陶瓷作为先进结构陶瓷材料,具有低密度、高强度、高硬度、耐磨损、高抗氧化性、高抗热震性和高耐化学腐蚀性等优点,广泛用于切削刀具、轴承、往复式发动机零件、耐磨损零件等各个领域,进一步提高β-SiAlON陶瓷的断裂韧性仍然是科学家的重要研究课题。本文采用Al2O3-AlN-Y2O3为烧结助剂及先无压后加压两步法放电等离子烧结(SPS)工艺制备了具有优异力学性能的b-SiAlON陶瓷材料,
窄脉冲,高瞬时功率和高重频的超短脉冲激光已经应用到了生物、医疗、通信等方方面面,超快激光技术也正逐步向超快、超强化趋势发展,并推动着物理、化学、材料、微加工等多个基础学科的应用的发展。以半导体激光二极管为泵浦源的全固态激光器结构紧凑,价格低廉,具有非常重要的实用价值。激光的发展离不开增益晶体,Nd3+掺杂的无序晶体已经被多次证明是一种性能优异的增益介质。本文主要基于两种提拉法生长的无序铝酸盐晶体N
1700 nm波段多光子成像因具有毫米量级穿透深度、亚微米量级空间分辨率、三维成像能力、动力学追踪、功能性成像及无损伤成像等优势而备受关注,广泛应用于脑科学及活体组织深层成像研究。其成像深度受限的主要原因之一为激发光能量耗尽,而现有棒状光子晶体光纤光源能量已达上限,因此构建更加高能的激光装置极为必要。空心光纤低损耗、极低非线性特征使其能够支持更高能飞秒孤子脉冲,本文开展空心光纤孤子自频移实验及数值
热电材料是一种利用材料内部载流子直接实现热能与电能相互转换的绿色能源材料。热电器件的转换效率主要受限于材料本身的热电性能参数之间的耦合效应,因此,协调电、声输运及参数解耦对于热电材料的研究具有重要意义。界面在协调热电材料中电、声传输起重要作用,并能在一定程度上实现参数的解耦,但使用传统的方法难以精确控制界面的化学成分和尺寸。原子层沉积技术作为一种原子层级的相界面制备技术受到了研究者们的广泛关注。本
荧光寿命显微成像(fluorescence lifetime imaging microscopy,FLIM)利用荧光寿命能灵敏反映荧光团相互作用及微环境变化的特点进行成像,且弥补了荧光强度成像一般难以实现定量测量的缺点,被广泛应用于细胞微环境参数测量和蛋白质相互作用等生物医学研究,已逐渐成为现代生物学和生物医学研究中频繁使用的一种分析工具。目前,采用时间相关单光子计数(time correlat
背景和目的:目前,骨质疏松椎体压缩性骨折患者虽然可通过接受椎体强化术手术缓解疼痛、恢复压缩椎体高度等,但临床上存在术后椎体再骨折风险。再骨折以相邻椎体骨折多见且更早出现,多国发生在首次强化术后1年内。虽然再骨折发生率国内外报道不一,存在一定的差异。经分析,该差异性主要受到椎体强化术式选择,患者自身条件,随访时间等诸多因素影响。但是大多数学者均认为骨质疏松椎体压缩性骨折患者接受椎体强化术后出现再发骨
热电转换技术作为一种利用热电材料的热电效应来实现热能和电能直接相互转换的技术,受到了工业界和学术界越来越广泛的关注。高性能的热电器件需要性能优异的热电材料、与之匹配的阻挡层材料以及优化器件的设计和制备工艺等。热电器件中热电材料与电极之间的界面问题严重影响着热电器件的效率及寿命。适合的阻挡层材料及其制备技术也是获得优良热电器件的关键,本论文制备了性能优异的p型Ge Te基热电材料和n型方钴矿热电材料
细胞是生命组成的最小单位,对复杂生命体的认识往往从细胞开始,了解细胞内的生命活动可以帮助人们理解人类自身的生命活动。由于衍射极限的存在,传统的光学显微方法已经无法满足生物学研究的需求,在此要求下,科学家们已经提出了许多的突破分辨率极限的超分辨成像方法,将分辨率提高到了纳米量级。空间分辨率与时间分辨率是相互制约的,较高的空间分辨率往往需要耗费更多的时间。而要实现细胞内多分子追踪成像,就要求在具有较高
共振态能级可以使费米能级附近的态密度发生畸变,从而提升Seebeck系数和材料的热电优值(ZT)。本文以GeTe基热电材料为研究对象,研究Ⅲ族元素B、Al、Ga掺杂GeTe基热电材料能否产生共振能级的科学问题;通过优化载流子浓度、降低晶格热导率、提高有效质量等方式来优化热电性能,并研究了掺杂对机械性能的调控。我们采用了真空封管、箱式炉熔炼和放电等离子体烧结法制备了GeTeBx和Ge0.9Sb0.1