Honeycomb-like puckered PbTe monolayer: A promising n-type thermoelectric material with ultralow lattice thermal conductivity

材料科学 热电效应 单层 凝聚态物理 声子 之字形的 热电材料 热导率 蜂窝结构 半导体 电子迁移率 纳米技术 光电子学 热力学 复合材料 物理 几何学 数学
作者
Shuwei Tang,Mengxiu Wu,Shulin Bai,Dongming Luo,Jingyi Zhang,Shaobin Yang
出处
期刊:Journal of Alloys and Compounds [Elsevier BV]
卷期号:907: 164439-164439 被引量:53
标识
DOI:10.1016/j.jallcom.2022.164439
摘要

Inspired by the superior thermoelectric performance of two-dimensional (2D) materials, the electrical transport and thermoelectric properties of honeycomb-like puckered PbTe monolayer were theoretically evaluated using the first-principles calculations and the semiclassical Boltzmann transport theory. The puckered PbTe monolayer is a direct gap semiconductor with wide bandgap of 2.251 eV within Heyd-Scuseria-Ernzerhof (HSE06) hybrid functional in combination with spin-orbital coupling (SOC) effect. Further analysis of formation energy, elastic constant, and ab initio molecular dynamics (AIMD) simulation prove the thermodynamic, mechanical and thermal stabilities of PbTe monolayer. The low thermal transport, small phonon group velocity, large Grüneisen parameters, and short phonon relaxation time greatly suppress the phonon transport and lead to low lattice thermal conductivity of ∼0.75 and ∼0.79 W/m K along the armchair and zigzag directions at 900 K, respectively. An optimal ZT = ~1.55 at the carrier concentration of 3.94 × 1012 cm−2 is obtained for PbTe monolayer along zigzag direction at 900 K, which demonstrates the great advantages of honeycomb-like puckered PbTe monolayer as promising n-type thermoelectric material. Our present results would not only provide fundamental understanding of thermoelectric transport in honeycomb-like puckered PbTe monolayer, but also shed some light on the theoretical design of low dimensional PbTe-layered nanomaterials in thermoelectric applications.
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