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研究进展:声子限制电子输运 | Nature Reviews Physics

今日新材料  · 公众号  ·  · 2025-01-29 00:10

正文

对于基础物理学和应用物理学,在新材料中的电子输运是至关重要的,因为直接影响关键性质,如半导体的迁移率和热电材料的效率。电子传输取决于材料的电子结构和各种散射事件。其中,声子散射是最基本的机制之一,因为甚至发生在原始单晶中。但直到最近,第一性原理精确计算电子输运性质,而不取决于实验参数。

近日,比利时鲁汶大学(UCLouvain)Romain Claes等,美国达特茅斯学院(Dartmouth College)Geoffroy Hautier等,在Nature Reviews Physics上发表技术综述,介绍了声子限制线性输运的基本物理,主要是在玻尔兹曼输运形式的框架内,但也有替代方法,如Landauer–Büttiker和Kubo框架。综述还涵盖了实现这些形式的技术方面,包括其局限性和适用范围。

最后,将讨论一些特殊的输运机制,如强电场中的输运,或涉及自旋-轨道耦合效应的输运。

Phonon-limited electronic transport through first principles.

通过第一性原理的声子限制电子传输。


图1:综述路线图。

图2: 硅基谷内和谷间转变的示意图。

图3: 玻尔兹曼输运方程的不同求解方法。

图4: 扩散和弹道传输的示意图。

图5: Landauer–Büttiker理论的示意图。

图6: 在室温时,不同框架和方法计算的载流子迁移率的值。

图7: 自旋-轨道耦合对三个简并带影响的示意图。
关键点
1、对于预测材料性能,声子限制输运方法,是至关重要的,因为电子-声子相互作用,会影响迁移率、霍尔因子和热电效率等关键性能。






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