Unusual thermoelectric transport anisotropy in quasi-two-dimensional rhombohedral GeTe
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Notice bibliographique
Résumé
In this study, we calculate the $T=300\phantom{\rule{0.28em}{0ex}}\mathrm{K}$ scattering and thermoelectric transport properties of rhombohedral GeTe using first-principles modeling. The room-temperature phase of GeTe has a layered structure, with cross-plane and in-plane directions oriented parallel and perpendicular to [111], respectively. Based on rigorous electron-phonon scattering, our transport calculations reveal unusual anisotropic properties; $n$-type GeTe has a cross-plane electrical conductivity that is roughly $3\ifmmode\times\else\texttimes\fi{}$ larger than in plane. $p$-type GeTe, however, displays opposite anisotropy with in-plane conducting roughly $2\ifmmode\times\else\texttimes\fi{}$ more than cross plane, as is expected in quasi-two-dimensional materials. The power factor shows the same anisotropy as the electrical conductivity, since the Seebeck coefficient is relatively isotropic. Interestingly, cross-plane $n$-GeTe shows the largest mobility and power factor approaching $500\phantom{\rule{0.28em}{0ex}}{\mathrm{cm}}^{2}/\mathrm{V}$-s and $32\phantom{\rule{4pt}{0ex}}\ensuremath{\mu}\mathrm{W}/\mathrm{cm}\text{\ensuremath{-}}{\mathrm{K}}^{2}$, respectively. The thermoelectric figure of merit, $zT$, is enhanced as a result of this unusual anisotropy in $n$-GeTe since the lattice thermal conductivity is minimized along cross plane. This decouples the preferred transport directions of electrons and phonons, leading to a threefold increase in $zT$ along cross plane compared to in plane. The $n$-type anisotropy results from high-velocity electron states formed by Ge $p$ orbitals that span across the interstitial region. This surprising behavior, that would allow the preferential conduction direction to be controlled by doping, could be observed in other quasi-two-dimensional materials and exploited to achieve higher-performance thermoelectrics.
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Prédiction distillée sur la base complète
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Scores Codex et Gemma par catégorie
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,001 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,001 | 0,001 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,003 | 0,001 |
| Bibliométrie | 0,000 | 0,001 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,000 |
| Communication savante | 0,000 | 0,001 |
| Science ouverte | 0,001 | 0,000 |
| Intégrité de la recherche | 0,000 | 0,001 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,001 | 0,003 |
Scores machine (provisoires)
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