GaInX3 (X = S, Se, Te): Ultra-low thermal conductivity and excellent thermoelectric performance

热电效应 热导率 材料科学 热电材料 光电子学 工程物理 物理 热力学 复合材料
作者
Zhi-Fu Duan,Chang-Hao Ding,Zhong‐Ke Ding,Wei-Hua Xiao,Fang Xie,Nannan Luo,Jiang Zeng,Li‐Ming Tang,Ke‐Qiu Chen
出处
期刊:Chinese Physics B [IOP Publishing]
卷期号:33 (8): 087302-087302 被引量:4
标识
DOI:10.1088/1674-1056/ad47e3
摘要

Abstract Seeking intrinsically low thermal conductivity materials is a viable strategy in the pursuit of high-performance thermoelectric materials. Here, by using first-principles calculations and semiclassical Boltzmann transport theory, we systemically investigate the carrier transport and thermoelectric properties of monolayer Janus GaIn X 3 ( X = S, Se, Te). It is found that the lattice thermal conductivities can reach values as low as 3.07 W⋅m −1 ⋅K −1 , 1.16 W⋅m −1 ⋅K −1 and 0.57 W⋅m −1 ⋅K −1 for GaInS 3 , GaInSe 3 , and GaInTe 3 , respectively, at room temperature. This notably low thermal conductivity is attributed to strong acoustic-optical phonon coupling caused by the presence of low-frequency optical phonons in GaIn X 3 materials. Furthermore, by integrating the characteristics of electronic and thermal transport, the dimensionless figure of merit ZT can reach maximum values of 0.95, 2.37, and 3.00 for GaInS 3 , GaInSe 3 , and GaInTe 3 , respectively. Our results suggest that monolayer Janus GaIn X 3 ( X = S, Se, Te) is a promising candidate for thermoelectric and heat management applications.
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