Strain driven anomalous anisotropic enhancement in the thermoelectric performance of monolayer MoS2

热电效应 凝聚态物理 材料科学 拉伤 各向异性 单层 热导率 塞贝克系数 工程物理 纳米技术 复合材料 热力学 光学 物理 医学 内科学
作者
Saumen Chaudhuri,Amrita Bhattacharya,A. K. Das,G. P. Das,B. N. Dev
出处
期刊:Applied Surface Science [Elsevier]
卷期号:626: 157139-157139 被引量:33
标识
DOI:10.1016/j.apsusc.2023.157139
摘要

First principles density functional theory based calculations have been performed to investigate the strain and temperature induced tunability of the thermoelectric properties of monolayer (ML) MoS$_2$. Modifications in the electronic and phononic transport properties, under two anisotropic uniaxial strains along the armchair (AC) and zigzag (ZZ) directions, have been explored in detail. Considering the intrinsic carrier-phonon scattering, we found that the charge carrier mobility ($\mu$) and relaxation time ($\tau$) increase remarkably for strains along the ZZ direction. Concomitantly, strain along the ZZ direction significantly reduces the lattice thermal conductivity ($\kappa_\text{L}$) of ML-MoS$_2$. The combined effect of shortened phonon relaxation time and group velocity, and the reduced Debye temperature is found to be the driving force behind the lowering of $\kappa_\text{L}$. The large reduction in $\kappa_\text{L}$ and increase in $\tau$, associated with the strains along the ZZ direction, act in unison to result in enhanced efficiency and hence, improved thermoelectric performance. Nearly $150\%$ enhancement in the thermoelectric efficiency can be achieved with the optimal doping concentration. We, therefore, highlight the significance of in-plane tensile strains, in general, and strains along the ZZ direction, in particular, in improving the thermoelectric performance of ML-MoS$_2$.
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