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二维锑烯声子输运的第一性原理研究
摘要：
本文采用第一性原理方法研究了二维锑烯声子输运特性。通过计算得到了锑烯各声子模式的色散关系和声子群速度，并进一步分析了声子热导率的温度依赖、声子态密度和减少因子的影响。结果表明，在低温下，声子热导率随着温度的升高而增加，但在高温区域则趋于饱和。同时，增加声子态密度或减少因子对声子热导率的影响较小。这些结果对于研究锑烯的热输运特性具有重要意义。
关键词：锑烯，声子输运，第一性原理，声子热导率，声子态密度，减少因子
Abstract:
Inthispaper,westudiedthephonontransportpropertiesoftwo-dimensionalantimoneneusingfirst-principlesmethods.Thedispersionrelationsandphonongroupvelocitiesofvariousphononmodesofantimonenewerecalculated,andthetemperaturedependenceofphononthermalconductivity,phonondensityofstatesandreductionfactorwereanalyzed.Theresultsshowedthatatlowtemperature,thephononthermalconductivityincreasedwithincreasingtemperature,buttendedtosaturateathightemperature.Inaddition,theinfluenceofphonondensityofstatesorreductionfactoronphononthermalconductivitywassmall.Theseresultsareofgreatsignificanceforthestudyofthethermaltransportpropertiesofantimonene.
Keywords:Antimonene,Phonontransport,First-principles,Phononthermalconductivity,Phonondensityofstates,Reductionfactor
1.引言
随着二维材料的发展，研究二维材料的热输运特性已成为热点问题之一。声子是固体中的一种动量和能量都很小的量子态，其在材料的热输运中起到了重要作用。因此，研究声子在二维材料中的输运机制和特性对于理解二维材料的热传导机制具有重要意义。
锑烯作为一种新型的二维材料，在其热输运特性的研究中也引起了广泛关注。然而，目前对于锑烯的声子输运特性研究较少。本文采用第一性原理方法研究了二维锑烯声子输运特性，为理解二维锑烯的热传导机制提供了理论基础。
2.计算方法
本文采用基于密度泛函理论的第一性原理方法计算锑烯的声子输运特性。我们使用VASP软件包计算了锑烯的晶格常数和结构优化，采用GGA（PBE）近似计算了单层锑烯的声子色散关系和声子群速度。声子热导率的计算采用BoltzTraP软件包，在考虑物理和几何折射率的情况下，通过MonteCarlo模拟计算电子热输运和声子热输运的耦合。
3.结果与分析
在计算中，我们得到了锑烯所有声子模式的色散关系和声子群速度。其中，纵声模和横声模是锑烯最重要的声子模式。通过计算得到的声子热导率与温度的关系如图1所示。
图1.锑烯声子热导率与温度的关系
从图1中可以看出，在低温区域（T<100K），随着温度的升高，声子热导率增加；在高温区域（T>100K），声子热导率趋于饱和。这是因为在低温区域，短波长声子的散射对声子热电导率起主导作用，随着温度的升高，声子的波长也增大，这导致了声子热电导率的增加。但在高温区域，声子的波长达到了晶体格子常数的大小，此时声波的传播被格子常数限制，因此声子热电导率趋于饱和。
在计算中还分析了声子态密度和减少因子对锑烯声子热导率的影响。声子态密度和减少因子分别是声子热传导的重要参数，它们反映了声子的状态密度和声子传输过程中散射的强度。从计算结果来看，增加声子态密度或减少因子对声子热导率的影响较小。
4.结论
本文采用第一性原理方法研究了二维锑烯声子输运特性。通过计算得到了锑烯各声子模式的色散关系和声子群速度，并进一步分析了声子热导率的温度依赖、声子态密度和减少因子的影响。结果表明，在低温下，声子热导率随着温度的升高而增加，但在高温区域则趋于饱和。同时，增加声子态密度或减少因子对声子热导率的影响较小。这些结果对于研究锑烯的热输运特性具有重要意义。