بررسی خواص الکترونی و ترموالکتریکی نانوساختارهای پنج ضلعی تک لایه c2b4 و c4b2 با استفاده از اصول اولیه

در این مطالعه، خواص الکترونی و ترموالکتریکی نانوساختارهای تک لایه c2b4 و c4b2 با استفاده از محاسبات اصول اولیه، مورد مطالعه قرار گرفته است. ابتدا، به محاسبه ساختار نواری و چگالی حالت‌های الکترونی بر پایه نظریه تابعی چگالی (dft) و استفاده از بسته محاسباتی کوانتوم اسپرسو (qe)، خواهیم پرداخت. مقدار گاف نواری برای c2b4 و c4b2 بهترتیب 0/43 (گاف مستقیم) و 1/45 (گاف غیر مستقیم) الکترون ولت به‌دست آمدند. سپس، با استفاده از انرژی الکترونی محاسبه شده، ضرایب ترابردی ترموالکتریکی از جمله ضریب سیبک، رسانندگی الکتریکی، رسانندگی گرمایی الکترونی، ضریب عامل توان و کمیت بدون بعد ضریب ارزشی zt را با استفاده از معادله ترابردی نیمه کلاسیکی بولتزمن در تقریب زمان واهلش و در بسته محاسباتی boltztrap به‌دست می‌آوریم. نتایج محاسبه شده خواص ترابردی تقریباً همسانگرد برای هر دو نانوساختار را نشان می‌دهند. به‌ویژه، نانو ساختار c2b4 در مقایسه با c4b2، عملکرد نسبی برجسته‌ی‌ ترموالکتریکی را نمایش می‌دهد. همچنین، ضریب سیبک و ضریب ارزشی برای c2b4 در غلظت حامل‌ها و ناحیه دمایی مورد مطالعه از c4b2، بزرگتر است، به‌طوری‌که مقدار ضریب سیبک و ضریب ارزشی برای نوع p حامل‌ها و در دمای اتاق به‌ترتیب برای c2b4،1765 v/kµ و1/02 و برای c4b2، 216 v/kµ و 0/81 به‌دست آمدند.

First-principles investigation of electronic and thermoelectric properties of monolayer pentagonal nanostructures of C2B4 and C4B2

In this study, we investigate the electronic and thermoelectric properties of monolayer nanostructures of C2B4 and C4B2 by first principles calculations. At the first, we calculated the electronic band structure and density of states based on density functional theory (DFT) and using the QUANTUM ESPRESSO computational package. The band gap values were obtained as 0.43 eV (direct band) and 1.45 eV (indirect band) for C4B2 and C2B4, respectively. Then, based on the calculated electronic energy, we obtain the thermoelectric transport coefficients such as the Seebeck coefficient, electrical conductivity, electrical thermal conductivity, and dimensionless figure of merit by solving the semiclassical Boltzmann transport equation in relaxation time approximation and within Boltztrap computational package. The calculated results show almost isotropic transport properties for both nanostructures. In particular, the C2B4 nanostructure exhibit comparative thermoelectric performance compared to C4B2. Also, the Seebeck coefficient and figure of merit of C2B4 is even larger than that of C4B2 under the studied carrier concentration and temperature region, so that, the Seebeck coefficient and figure of merit for ptype doping at room temperature were obtained as 1765 µV/K and 1.02 for C2B4, and 216 µV/K and 0.81 for C4B2, respectively.