Phonon thermal transport in <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:mi>β</mml:mi><mml:mtext>−</mml:mtext><mml:mi mathvariant="normal">N</mml:mi><mml:mi>X</mml:mi><mml:mspace width="0.16em"/><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>X</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">P</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mspace width="0.16em"/><mml:mi>As</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mspace width="0.16em"/><mml:mi>Sb</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math> monolayers: A first-principles study of the interplay between harmonic and anharmonic phonon properties
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Notice bibliographique
Résumé
The investigation of the thermal properties of recently emerged two-dimensional materials is a necessary step towards fulfilling their potential applications in nanoelectronics devices. In this study, the thermal conductivities $\mathrm{of}\ensuremath{\beta}\text{\ensuremath{-}}\mathrm{N}X\phantom{\rule{0.16em}{0ex}}(X=\mathrm{P},\phantom{\rule{0.16em}{0ex}}\mathrm{As},\phantom{\rule{0.16em}{0ex}}\mathrm{Sb})$ monolayers are investigated using a first-principles density-functional theory approach based on the full solution of the linearized Peierls-Boltzmann transport equation. The results show that the room-temperature thermal conductivities of $\ensuremath{\beta}$-NP, $\ensuremath{\beta}$-NAs, and $\ensuremath{\beta}$-NSb are about 1.1, 5.5, and 34.0 times higher than those of their single-element $\ensuremath{\beta}$-P, $\ensuremath{\beta}$-As, and $\ensuremath{\beta}$-Sb monolayers, respectively. The phonon transport analysis reveals that higher phonon group velocities, as well as higher phonon lifetimes, are responsible for such an enhancement in the lattice thermal conductivities of $\ensuremath{\beta}\text{\ensuremath{-}}\mathrm{N}X$ binary compounds compared to their single-element group-VA monolayers. We found that $\ensuremath{\beta}$-NP has the minimum thermal conductivity among $\ensuremath{\beta}\text{\ensuremath{-}}\mathrm{N}X$ monolayers, while it has the minimum average atomic mass, which is in contrast with the common assumption that lower-mass systems exhibit higher thermal conductivities. This work demonstrates the tradeoff between harmonic and anharmonic phonon properties in determining the variation of the thermal conductivity among $\ensuremath{\beta}\text{\ensuremath{-}}\mathrm{N}X$ monolayers. The higher anharmonicity in $\ensuremath{\beta}$-NP is found to be responsible for the lower thermal conductivity of this monolayer.
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Scores Codex et Gemma par catégorie
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,010 | 0,006 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,005 | 0,008 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,003 | 0,008 |
| Bibliométrie | 0,002 | 0,005 |
| Études des sciences et des technologies | 0,005 | 0,007 |
| Communication savante | 0,005 | 0,007 |
| Science ouverte | 0,011 | 0,010 |
| Intégrité de la recherche | 0,006 | 0,007 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,270 | 0,010 |
Scores machine (provisoires)
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