Interface design of the thermoelectric transport properties of phosphorene–tetrathiafulvalene nanoscale devices

四硫富瓦烯 热电效应 材料科学 磷烯 声子 密度泛函理论 凝聚态物理 热电材料 塞贝克系数 功勋 热导率 光电子学 带隙 化学 分子 计算化学 物理 热力学 有机化学 复合材料
作者
Yi‐Feng Qiu,Bei Zhang
出处
期刊:Physical Chemistry Chemical Physics [Royal Society of Chemistry]
卷期号:25 (40): 27448-27456 被引量:1
标识
DOI:10.1039/d3cp03120a
摘要

Interface design and energy band engineering are two key strategies for improving the thermoelectric conversion efficiency of low dimensional nanoscale devices. By using first-principle-based density functional theory combined with a non-equilibrium Green function method, the thermoelectric properties of a single tetrathiafulvalene (TTF) molecule coupled with armchair phosphorene nanoribbons (APNRs) within different interface modes have been investigated. The results indicate that phonon transport can be dramatically suppressed in this intermediate weak-coupling system due to strong interfacial phonon scattering behavior, where very few phonons can propagate through two nonbonded interface regions from left side lead to a TTF molecule and then to right side lead. Furthermore, connecting a thiophene group at both the head and tail of the intermediate TTF molecule can significantly enhance the power factor (S2σ) of such a weak-coupling system based on an out-of-plane electronic transmission mechanism, and there is obvious charge transfer from S atoms to upper and lower APNRs. Compared to a single regular method, composite interface co-design can achieve more accurate control of thermal/electrical transmission performance. Electrical conductance can be effectively improved with low phonon thermal conductance being maintained at the same time, and an excellent thermoelectric figure of merit (ZT) of 0.73 has been obtained near 0.6 eV.
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