二维材料各向异性热输运之谜

        以石墨烯为代表的二维材料在许多领域有着广泛的潜在应用,多年来已经有大量相关的研究工作,石墨烯之外的新型二维材料,尤其是层状结构,以及它们所构成的异质结构,因其在纳米电子学、光电子学和清洁能源中的广泛应用前景,近年来正引起越来越多的关注。在实际器件应用中,传热性质相关的高性能热管理对于其性能表现起着非常关键的作用。在该工作中,我们基于第一性原理计算求解玻尔兹曼输运方程,系统地研究了一类二维IV-VI化合物材料(GeS,GeSe,SnS和SnSe)的声子输运性质。研究发现,尽管该类材料沿扶手椅方向具有类似黑磷烯的各向异性结构(褶皱铰链状),但是这四种单层化合物在许多方面具有不同的各向异性特性,例如声子群速度、杨氏模量和晶格热导率等。特别地,沿着单层GeS的锯齿形和扶手椅方向的热导率表现出最强的各向异性,而具有类似结构的单层SnS和SnSe在声子传输中有着近乎各向同性的表现。我们深入研究了这种各向异性差异的起源,并详细讨论了其底层机制,为声子的各向异性传输特性提供了基本层面的理解,这对于新型纳米工程技术的进一步发展和应用具有重要的意义。

 

Guangzhao Qin, Zhenzhen Qin, Wu-Zhang Fang, Li-Chuan Zhang, Sheng-Ying Yue, Qing-Bo Yan, Ming Hu, and Gang Su, "Diverse anisotropy of phonon transport in two-dimensional group IV-VI compounds: A comparative study", Nanoscale 8, 11306 – 11319 (2016).