بررسی خواص الکترونی و گرمایی بلور SnN – InO با روش نظریۀ تابعی چگالی

اشهدی, مجتبی; شعبان زاده حصاری, طاهره

doi:10.47176/ijpr.24.2.11830

بررسی خواص الکترونی و گرمایی بلور SnN – InO با روش نظریۀ تابعی چگالی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

مجتبی اشهدی ¹

طاهره شعبان زاده حصاری ²

¹ گروه فیزیک، دانشکده علوم، دانشگاه سیستان و بلوچستان، زاهدان

² مرکز تحقیقات نانو، دانشکده علوم، دانشگاه فردوسی، مشهد

https://doi.org/10.47176/ijpr.24.2.11830

چکیده

در این پژوهش، با استفاده از نظریۀ تابعی چگالی، ویژگیهای الکترونی و ترموالکتریکی بلور دوبعدی SnN-InO مورد مطالعه قرار گرفته است. نانوساختار SnN-InO، یک مادۀ ترموالکتریک لانهزنبوری دوبعدی با گاف نواری غیرمستقیم eV ۵_/۰ است. با استفاده از ساختار الکترونی به محاسبۀ ضرایب ترابردی ترموالکتریکی نظیر ضریب سیبک که تعیین‌کنندۀ اصلی خواص ترموالکتریکی است، ضریب رسانندگی الکتریکی و گرمایی الکترونی و معیار شایستگی پرداخته میشود. محاسبات نشان میدهند که ضریب سیبک با افزایش دما، کاهش مییابد و در محدودۀ تراز فرمی و انرژیهای منفی، بیشترین مقدار را دارد. همچنین تغییرات معیار شایستگی نسبت به دما بسیار اندک است، بهطوریکه در بازۀ دمایی ۴۰۰ کلوین به مقداری کمتر از ۲_/۰، دستخوش تغییرات شده است. بنابراین نانوساختار SnN-InO، میتواند به عنوان یک مادۀ ترموالکتریک خوب با معیار شایستگی 9_/۰ در دمای اتاق مورد توجه قرار گیرد.

کلیدواژه‌ها

بلور دوبعدی SnN-InO

نظریۀ تابعی چگالی

ضریب سیبک

رسانندگی الکتریکی

رسانندگی گرمایی

معیار شایستگی

معادلۀ ترابرد بولتزمن

موضوعات

فیزیک مادهٔ چگال

عنوان مقاله English

Investigation of electronic and thermal properties of SnN-InO by using density functional theory

نویسندگان English

Mojtaba Ashhadi ¹

Tahereh Shabanzade Hesari ²

¹ Department of Physics, Faculty of science, University of Sistan and Baluchestan, Zahedan, Iran

² Faculty of science, Ferdowsi University, Mashhad, Iran

چکیده English

In this research, electronic and thermoelectric properties of the two-dimensional monolayer of SnN-InO were investigated using density functional theory. The SnN-InO nanostructure is a two-dimensional hexagonal thermoelectric material with an indirect band gap of 0.5 eV. Using the electronic structure, we evaluated the thermoelectric transport coefficients such as the Seebeck coefficient which is the major determinant of thermoelectric properties, electrical conductivity, electronic thermal conductivity, and figure of merit. Calculations illustrate that the Seebeck coefficient declined to some extent with increasing temperature, and had the highest value in the range of Fermi level and negative energies. Another factor to consider is the variations of the figure of merit that are negligible compared to the temperature, so it has undergone changes of about 0.2 in the temperature range of 400K which are reasonable for practical applications. Therefore, the SnN-InO nanostructure can be considered as a qualified thermoelectric material with the figure of merit as 0.9 at room temperature.

کلیدواژه‌ها English

the two-dimensional monolayer of SnN-InO

density functional theory

Seebeck coefficient

figure of merit

1. N F Hinsche, et al., Phys. Rev. B 86 (2012) 085323.
1. G Shi and E Kioupakis, Appl. Phys. 117 (2015) 065103.
2. G J Snyder and E S Toberer, Mater. 7 (2008) 105.
3. K S Novoselov, et al., Science 306 (2004) 666.
4. H Sahin and S Ciraci, Rev. B 84 (2011) 035452.
5. S Zhang, et al., Nano Lett. 17 (2017) 3434.
6. S Zhang, et al., Soc. Rev. 47 (2018) 982.
7. H J Goldmid, Semimet. 69 (2001) 1.
8. J C Zheng, Phys. China 3 (2008) 269.
9. D R Zhu, et al., E: Low Dimens. Syst. Nanostructures 124 (2020) 114214.
10. P Giannozzi, et al., Phys. Condens. Matter 21 (2009) 395502.
11. 12 J P Perdew, K Burke, and M Ernzerhof, Rev. Lett.77 (1996) 3865.
12. G K H Madsen and D. J. Singh, Phys. Commun. 175 (2006) 67.
13. A K Bhojani, et al., Appl. Phys. 135 (2024) 095106.
14. R B d Santos, et al., CrystEngComm 23 (2021) 6661.
15. N F Hinsche, et al., Rev. B 86 (2012) 085323.
16. N Gaonkar and R GVaidya, Lett. A 384 (2020) 126912.
17. L D Zhao, et al., Nature 508 (2014) 373.
18. B Peng, et al., Rep. 6 (2016) 20225.
19. G Ding, G Gao, and K Yao, Rep. 5 (2015) 9567.
20. S Yabuuchi, et al., Phys. Express 6 (2013) 025504.
21. J J Gong, et al., Chem. Chem. Phys. 18 (2016)16566.
22. S Ouardi, et al., Rev. B 82 (2010) 085108.