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基于第一性原理计算的层状Bi?O?Se和Bi?O?Te的电子与声子输运性质

DOI：10.1088/1367-2630/aaf664 期刊：New Journal of Physics 出版年份：2018 更新时间：2025-09-04 15:30:14
摘要： 近期实验表明，层状Bi2O2Se和Bi2O2Te都是具有低热导率潜力的热电材料。然而关于其热电性能（特别是声子输运特性）的理论研究较少。为理解热电输运机制，我们采用第一性原理计算结合玻尔兹曼输运理论研究了这两种材料的电子与声子输运特性。结果表明：在自旋轨道耦合下，Bi2O2Se和Bi2O2Te均为间接带隙半导体，带隙值分别为0.87 eV和0.21 eV。两种化合物的p型材料均比n型材料具有更大的塞贝克系数和功率因子。室温下测得较低晶格热导率（Bi2O2Se为1.14 W·m?1·K?1，Bi2O2Te为0.58 W·m?1·K?1），与实验值接近。研究发现低频光学声子支（具有较高群速度和较长寿命）也对晶格热导率有主要贡献。值得注意的是，Bi2O2Te表现出显著的晶格热导率各向异性。这些结果有助于理解和优化层状Bi2O2Se与Bi2O2Te的热电性能。
作者： Cong Wang，Guangqian Ding，Xuming Wu，Shasha Wei，Guoying Gao
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研究概述 实验方案 设备清单

研究目的

采用第一性原理计算结合玻尔兹曼输运理论，研究层状Bi2O2Se和Bi2O2Te的电子与声子输运特性，以理解其热电输运机制。

研究成果

研究表明，Bi2O2Se和Bi2O2Te均为具有间接能隙的半导体材料，且均表现出低晶格热导率。p型掺杂相比n型掺杂展现出更优异的热电性能。晶格热导率呈现显著各向异性，Bi2O2Te尤为明显。该发现对优化这些材料的热电性能具有重要意义。

研究不足

该研究未考虑纳米结构对热电性能的影响，而纳米结构可能进一步降低晶格热导率。电子输运计算中采用的弛豫时间近似法可能无法准确捕捉所有散射机制。

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