单硅烯和锗烯的热电输运特性研究

李耑，刘远超，刘新昊，李梓硕，常乐涛，李博涵（北京石油化工学院机械工程学院）

摘要：基于密度泛函理论和声子Boltzmann输运理论，对比研究了单层硅烯和单层锗烯的热电输运特性，深入探讨了二者的声子与电子输运机理。研究结果表明：单层硅烯和单层锗烯热输运特性的各向异性不明显，室温下单层硅烯和单层锗烯X方向的晶格热导率分别为9.8wW（m·K）和2.1W/（m·K）；电输运各向异性明显，二者均为直接带隙半导体，且电子能带隙十分狭窄（分别为0.019eV和0.002eV），展现出Dirac特性。室温下单层硅烯最大热电优值ZTX和ZTY分别为0.58和0.67，单层锗烯最大热电优值ZTX和ZTY分别为0.41和0.67。研究结果可为基于硅烯和锗烯的热电设计提供理论依据和参考，未来可以通过施加应变等方法进一步对二者热电性能进行调控。

关键词：纳米材料；硅烯；锗烯；密度泛函理论；第一性原理；热电特性