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First-Principles Calculations of Thermoelectric Properties of IV–VI Chalcogenides 2D Materials
Indexado
Scopus SCOPUS_ID:85039709974
DOI 10.3389/FMECH.2017.00015
Año 2017
Tipo

Citas Totales

Autores Afiliación Chile

Instituciones Chile

% Participación
Internacional

Autores
Afiliación Extranjera

Instituciones
Extranjeras


Abstract



A first-principles study using density functional theory and Boltzmann transport theory has been performed to evaluate the thermoelectric (TE) properties of a series of single-layer 2D materials. The compounds studied are SnSe, SnS, GeS, GeSe, SnSe2, and SnS2, all of which belong to the IV–VI chalcogenides family. The first four compounds have orthorhombic crystal structures, and the last two have hexagonal crystal structures. Solving a semi-empirical Boltzmann transport model through the BoltzTraP software, we compute the electrical properties, including Seebeck coefficient, electrical conductivity, power factor, and the electronic thermal conductivity, at three doping levels corresponding to 300 K carrier concentrations of 1018, 1019, and 1020 cm−3. The spin orbit coupling effect on these properties is evaluated and is found not to influence the results significantly. First-principles lattice dynamics combined with the iterative solution of phonon Boltzmann transport equations are used to compute the lattice thermal conductivity of these materials. It is found that these materials have narrow band gaps in the range of 0.75–1.58 eV. Based on the highest values of figure-of-merit ZT of all the materials studied, we notice that the best TE material at the temperature range studied here (300–800 K) is SnSe.

Revista



Revista ISSN
2297-3079

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WOS
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Publicaciones WoS (Ediciones: ISSHP, ISTP, AHCI, SSCI, SCI), Scopus, SciELO Chile.

Colaboración Institucional



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Autores - Afiliación



Ord. Autor Género Institución - País
1 Morales-Ferreiro, J. O. - University of Notre Dame - Estados Unidos
Pontificia Universidad Católica de Chile - Chile
2 Diaz-Droguett, D. E. - Pontificia Universidad Católica de Chile - Chile
3 CELENTANO, DIEGO JAVIER Hombre Pontificia Universidad Católica de Chile - Chile
4 Luo, Tengfei - University of Notre Dame - Estados Unidos

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Financiamiento



Fuente
National Science Foundation
Comisión Nacional de Investigación Científica y Tecnológica
Pontificia Universidad Católica de Chile
Chilean Council for Scientific and Technological Research
Institute of Physics
Mechanical and Metallurgical Engineering Department of Pontificia Universidad Católica de Chile

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Agradecimientos



Agradecimiento
We wish to thank Mechanical and Metallurgical Engineering Department of Pontificia Universidad Católica de Chile, the Physics Institute, the Research Center on Nanotechnology and Advanced Materials, CIEN-UC of Pontificia Universidad Católica de Chile, and finally thanks the support provided by the Chilean Council for Scientific and Technological Research (CONICYT). We would also like to thank the U.S. National Science Foundation grant 1433490.

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