凝聚态物理 > 中尺度与纳米尺度物理
[提交于 2025年7月11日
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标题: 门控二维半导体纳米结中的热电优化和量子到经典跃迁
标题: Thermoelectric optimization and quantum-to-classical crossover in gate-controlled two-dimensional semiconducting nanojunctions
摘要: 我们使用第一性原理模拟,包括密度泛函理论、DFT与非平衡格林函数形式(nanoDCAL)以及非平衡分子动力学模拟的组合,研究了具有门控可调结构和不同通道长度(从3到12纳米)的二维纳米结的热电性能。 我们的研究揭示了电子传输中从量子到经典的门控、温度和长度依赖性转变,短结中的量子隧穿过渡到长结中的热电子发射。 由于这种交叉和门控控制,热电优值的非平凡依赖关系体现在塞贝克系数、电导率和热导率上。 我们发现,最大化ZT需要将化学势调整到带隙之外,此时系统处于绝缘和导电区域之间的过渡状态。 尽管在绝缘状态下观察到了非常大的塞贝克系数,但由于电导率被抑制和主要的声子热传导,它们并未产生高ZT。 在500 K时,最短的3纳米结实现了大于2.3的最优ZT,此时量子隧穿和热电子发射共存。 这些发现为二维半导体纳米结中的输运机制提供了基本见解,并为高效纳米尺度热电设备的设计提供了原则。
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