Phonon scattering due to van der Waals forces in the lattice thermal conductivity of Bi2Te3 thin films

声子 凝聚态物理 热导率 玻尔兹曼方程 碲化铋 范德瓦尔斯力 薄膜 材料科学 各向异性 散射 热电材料 物理 量子力学 纳米技术 分子
作者
Kyeong Hyun Park,Mohamed Mohamed,Zlatan Akšamija,Umberto Ravaioli
出处
期刊:Journal of Applied Physics [American Institute of Physics]
卷期号:117 (1) 被引量:37
标识
DOI:10.1063/1.4905294
摘要

In this work, we calculate the thermal conductivity of layered bismuth telluride (Bi2Te3) thin films by solving the Boltzmann transport equation in the relaxation-time approximation using full phonon dispersion and compare our results with recently published experimental data and molecular dynamics simulation. The group velocity of each phonon mode is readily extracted from the full phonon dispersion obtained from first-principle density-functional theory calculation and is used along with the phonon frequency to compute the various scattering terms. Our model incorporates the typical interactions impeding thermal transport (e.g., umklapp, isotope, and boundary scatterings) and introduces a new interaction capturing the reduction of phonon transmission through van der Waals interfaces of adjacent Bi2Te3 quintuple layers forming the virtual superlattice thin film. We find that this novel approach extends the empirical Klemens-Callaway relaxation model in such anisotropic materials and recovers the experimental anisotropy while using a minimal set of parameters.
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