Abstract
A fundamental understanding of phonon transport in stanene is crucial to predict the thermal performance in potential stanene-based devices. By combining first-principle calculation and phonon Boltzmann transport equation, we obtain the lattice thermal conductivity of stanene. A much lower thermal conductivity (11.6 W/mK) is observed in stanene, which indicates higher thermoelectric efficiency over other 2D materials. The contributions of acoustic and optical phonons to the lattice thermal conductivity are evaluated. Detailed analysis of phase space for three-phonon processes shows that phonon scattering channels LA + LA/TA/ZA ↔ TA/ZA are restricted, leading to the dominant contributions of high-group-velocity LA phonons to the thermal conductivity. The size dependence of thermal conductivity is investigated as well for the purpose of the design of thermoelectric nanostructures
چکیده
درک اساسی انتقال فونون در استانن برای پیش‌بینی عملکرد حرارتی در قطعات استانن بسیار تعیین‌کننده است. با ترکیب روابط محاسبه اساسی و روابط تبدیل فونون بولتزمن، ضریب هدایت حرارتی شبکه‌ای برای استانن به دست می‌آید. هدایت حرارتی پایین (11.6 W/mK) در استانن مشاهده می‌شود که بیانگر ضریب الکتروحرارتی بالاتر نسبت به سایر مواد 2D است. سهم فونون‌های نوری و صوتی در هدایت حرارتی استانن نیز مورد ارزیابی قرار می‌گیرد. تحلیل دقیقی در مورد فضای فاز پروسه سه فونون نشان می‌دهد که کانال‌های پخش فونون LA + LA/TA/ZA ↔ TA/ZA محدود هستند که در نتیجه باعث می‌شود فونون‌های LA ی دارای سرعت گروهی بالا در هدایت گرمایی، نقش بیشتری داشته باشند. وابستگی هدایت گرمایی به اندازه استانن به‌منظور طراحی نانو ساختارهای الکتروحرارتی، مورد بررسی قرار می‌گیرد.
1-مقدمه
تحقیق در مورد مواد 2D توجه زیادی را به خود جلب کرده است که به خاطر پتانسیل ترکیب در قطعات با قطعات تبدیل انرژی و قطعات الکتریکی نسل جدید است. اخیراً، مواد 2D جدیدی به نام استانن روی زیر لایه Bi2Te2 (111) یا اپیتکسی (روش پوشش لایه) پرتوی مولکولی ساخته شده است و توجه زیادی را به خاطر مشخصه‌های فوق‌العاده‌اش به خود جلب کرده است. استانن که در واقع یک مونولایه از فیلم نازک با ساختار لانه‌زنبوری خمشی نظیر سیلیس است، به‌عنوان نمونه‌ای از عایق ساختاریافته معرفی شده است که می‌تواند از اثر کوانتومی هال (QSH) به‌صورت 2D در نوار شکاف بزرگ پشتیبانی نماید. همچنین در مقالات گزارش شده است که یک شکاف بزرگ به اندازه حدود 0.1 eV زمانی که کوپلینگ اوربیتال چرخشی (SOC) در استانن وجود دارد، ایجاد می‌گردد و اثرات لبه نیز با نوارهای انتشار داخلی نوار شکاف تداخلی نداشته و با حرکت چرخشی در نوار شکاف قفل شده‌اند که می‌تواند سیم‌های هدایت‌کننده بدون تلفات را برای مدارهای الکتریکی فراهم کند. استانن غیر ایستا با نوار شکاف حدود 0.1 eV ی SOC یک گزینه قالب استفاده در دمای اتاق و حتی در کاربردهای دمای بالاتر می‌باشد. علاوه بر این، مطالعه جدیدی صورت گرفته و به این نتیجه رسیده است که شکل الکتروحرارتی (TE) ی zT به‌شدت وابسته به اندازه استانن است و می‌تواند با بهینه‌سازی اندازه هندسی استانن، به میزان قابل‌توجهی بهبود یابد که در نتیجه قابلیت بیشتری را در قطعات TE ی نسل آینده ایجاد خواهد کرد...