Intrinsic Modulation Doping Enhances the Thermoelectric Performance of Monolayer GaGeTe

日耳曼 单层 热电效应 热电材料 材料科学 兴奋剂 凝聚态物理 电子迁移率 功勋 声子 光电子学 纳米技术 工程物理 石墨烯 物理 热力学 硅烯
作者
Mohammad Rafiee Diznab,Yi Xia,S. Shahab Naghavi
出处
期刊:ACS applied energy materials [American Chemical Society]
卷期号:6 (23): 11915-11923 被引量:7
标识
DOI:10.1021/acsaem.3c02062
摘要

Modulation doping is a well-known approach for improving the efficiency of bulk thermoelectrics, yet its application to 2D materials has remained elusive. Our thorough first-principles calculations reveal a unique intrinsic modulation doping in monolayer GaGeTe that synergistically raises its electrical transport coefficients while dwarfing its lattice heat transport, resulting in a high thermoelectric figure of merit, zT. Herein, we envision 2D GaGeTe as a chair-like germanene monolayer shrouded by two GaTe layers. The germanene layer donates electrons to the outer GaTe, creating a spatial separation between the electron-donation center and charge transport channels, a feature that suppresses free carrier scattering. Our accurate electron–phonon calculations explain that electrical transport in GaGeTe results from the metallic nature of germanene combined with the Mexican-hat shape of the GaTe valence band. The superior electrical and poor heat transport coefficients turn GaGeTe into a promising p-type thermoelectric monolayer working at moderate carrier concentrations of ≈1013 cm–2. The presented results put forward a distinct design approach for identifying competent thermoelectrics among 2D materials whose frail structures cannot tolerate heavy doping.
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