凝聚态物理 > 材料科学
[提交于 2025年8月25日
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标题: 电子-声子相互作用和从金属到二维狄拉克晶体的晶格热导率:综述
标题: Electron-Phonon interaction and lattice thermal conductivity from metals to 2D Dirac crystals: a review
摘要: 电子-声子(e-ph)耦合决定了电导率、热载流子冷却,以及在固体中至关重要的热传导。 最近的第一性原理进展现在可以从d带金属和宽禁带半导体到二维狄拉克晶体,无需经验参数预测e-ph限制的热导率。 在块体金属中,从头算寿命表明,尽管声子是次要的,但一旦考虑e-ph散射,它们仍能携带高达40%的热量。 我们接下来调查耦合的玻尔兹曼框架,例如\textsc{elphbolt},它能够捕捉半导体中的相互拖拽和超快非平衡状态。 对于二维狄拉克晶体,镜像对称性、载流子密度、应变和有限尺寸重新排列了散射层次:ZA模式在原始石墨烯中占主导地位,但一旦对称性被破坏,在纳米带中则成为主要的电阻分支。 在低费米能量和高温下,标准的三粒子衰减部分被抵消,提高了四粒子过程,并需要动态屏蔽的高阶理论。 在整个过程中,我们识别了微观杠杆,如电子态密度、声子频率、形变势,并展示了掺杂、应变或介电环境如何调节e-ph阻尼。 最后,我们概述了开放性挑战,如:开发耦合的e-ph求解器,用四粒子项求解完整的模到模的佩尔斯-玻尔兹曼方程,将关联电子方法嵌入e-ph工作流程,以及利用高阶e-ph耦合和对称性破缺来实现声子热二极管和整流器。 解决这些挑战将使e-ph理论从诊断工具提升为一种预测性、无参数的平台,将对称性、屏蔽和多体效应与下一代电子、光子和热电设备中的热和电荷输运联系起来。
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