【材料】二維Nb2C的奇異電子-聲子散射及其誘導的晶格熱導下降

2021-02-15 X-MOL資訊

在大多數材料中，電子聲子散射(e-p)遠遠弱於聲子-聲子（p-p）散射，並且電子-聲子散射的強度通常正比於電子-聲子耦合強度。北京航空航天大學孫志梅教授課題組報導了在二維Nb2C中發現的伴隨著弱電子-聲子耦合的強電子-聲子散射現象，這種強的電子-聲子散射導致了晶格熱導率的顯著下降。聲子輸運性質對電子器件有深遠的影響。晶格熱導率是用來表徵聲子輸運的物理量，並通常由電子-聲子散射和聲子-聲子散射決定。先前，在通過第一性原理計算晶格熱導率時不考慮電子-聲子散射。但是最近，很多文章報導了電子-聲子散射對聲子輸運有不同程度的影響。因此電子-聲子的性質成為計算晶格熱導率必須考慮的要素。理論上強的電子-聲子容易發生在二維的金屬中，原因之一是此時費米能級附近存在足夠多的電子態。由於實驗發現了二維金屬性的Nb2C具有良好的光熱轉換性質，因此猜想Nb2C很可能存在較強的電子-聲子散射現象。孫志梅教授課題組利用第一性原理計算了二維Nb2C的電子-聲子、聲子-聲子散射性質以及晶格熱導率，發現雖然Nb2C的電子-聲子耦合強度比較弱，但其依然具有較強的電子-聲子散射。為了解釋這種現象，計算了高對稱線上的電子-聲子散射（圖1，聲子線寬），並且發現費米能級附近的電子態能量差為聲子能量本徵值，其誘導了這種強電子-聲子散射。此外，這種異常強度的電聲散射也會導致晶格熱導的大幅下降，如圖 2所示。這為搜索低晶格熱導材料提供了新思路。

這一成果發表在Journal of the American Chemical Society 上，文章的第一作者是北京航空航天大學博士研究生黃永達。Abnormally Strong Electron−Phonon Scattering Induced Unprecedented Reduction in Lattice Thermal Conductivity of Two-Dimensional Nb2CYongda Huang, Jian Zhou, Guanjie Wang, Zhimei SunJ. Am. Chem. Soc., 2019, 141, 8503-8508, DOI: 10.1021/jacs.9b01742https://www.x-mol.com/university/faculty/17196


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