單層雙面材料SnSSe的熱輸運特性及熱電特性研究

中圖分類號：TB34；0469 文獻標志碼：A 文章編號：1671-6841（2025）06-0083-08

DOI：10.13705/j. issn.1671-6841.2024037

Abstract：Based on density functional theory（DFT）and the phonon Boltzmann transport theory，an indepth study was conducted on the thermal transport properties and thermoelectric characteristics of monolayer SnSSe. The findings indicated that at 300K ，the thermal conductivity of monolayer SnSSe was 23.6W/（Ωm?K） ，which decreased with increasing temperature. Monolayer SnSSe was identified as an indirect bandgap semiconductor with an electronic bandgap of 1.59eV At 700K ，the optimal ZT value for p-type doped monolayer SnSSe reached 1.66. It was also found that altering strain could affect the bandgap of monolayer SnSSe，thereby regulating its thermoelectric performance.The study could provide theoretical reference for the design of thermoelectric devices based on monolayer SnSSe materials.

Key Words：nanomaterials； SnSSe； density functional theory; the first principle； thermoelectric property

0 引言

二維層狀材料石墨烯具有優異的電子、機械和化學特性[1]，促進了人們對二維材料的深入研究。目前，許多新成員加入了二維材料家族，例如磷烯[2]、硅烯[3]、單硫族化合物[4]或過渡金屬二硫化物（TMD）[5]，并在納米電子和光電子等領域顯示出廣闊的應用前景[6-7]。單層過渡金屬硫化物是一種由三層原子構成的“三明治”結構的物質。基于此結構特點，通過改變硫族原子的一種，可構建一種全新的雙面（Janus）材料[8-9]。Janus結構將不同過渡金屬二硫族化物單層材料的性質結合在一個單極材料中，眾所周知，二維材料的電子特性會隨其結構對稱性的破壞而發生改變。由于Janus結構對稱性的降低，其具有許多新的性質，而這些新性質在過渡金屬二硫族化合物中沒有發現[10-12]

2017年，Lu等13通過化學氣相沉積法合成了單層的MoSSe，上下層原子的不同導致對稱性受到破壞，產生了奇特的光電特性[14]。Zhou 等[15]研究了 SnXY（X ， Y=0 ，S，Se，Te）一系列雙面材料的電學性質，并對其電學性質進行了調控。Nguyen等[6]通過ab-initio方法研究了雙軸應變和電場作用下JanusSnSSe的電子和光學性質，發現其具有廣泛的吸收光譜以及通過應變控制吸收強度的能力。然而，關于過渡金屬硫化物的雙面材料的熱輸運特性研究目前仍然較少，因此有必要利用第一性原理計算方法來研究單層雙面材料的熱輸運特性和熱電特性。

本文以單層雙面材料SnSSe為研究對象，構建了晶體模型，研究了其聲子熱輸運特性，同時分析了其電子的結構和性質，并計算出SnSSe雙面材料的塞貝克系數、功率因子和ZT值，研究了其熱電特性。……