Thermoelectric properties of monolayer indium selenide (InSe) are investigated by using Boltzmann transport theory and first-principles calculations as a function of Fermi energy and crystal orientation. We find that the maximum power factor of p-type (n-type) monolayer InSe can be as large as 0.049 (0.043) W/K2m at 300 K in the armchair direction. The excellent thermoelectric performance of monolayer InSe is attributed to both its Seebeck coefficient and electrical conductivity. The large Seebeck coefficient originates from the moderate (about 2 eV) bandgap of monolayer InSe as an indirect gap semiconductor, while its large electrical conductivity is due to its unique two-dimensional density of states (DOS), which consists of an almost constant DOS near the conduction band bottom and a sharp peak near the valence band top.
References
1.
Q.
Wang
, K.
Kalantar-Zadeh
, A.
Kis
, J. N.
Coleman
, and M. S.
Strano
, Nat. Nanotechnol.
7
, 699
(2012
).2.
S. Z.
Butler
, S. M.
Hollen
, L.
Cao
, Y.
Cui
, J. A.
Gupta
, H. R.
Gutiérrez
, T. F.
Heinz
, S. S.
Hong
, J.
Huang
, A. F.
Ismach
, E.
Johnston-Halperin
, M.
Kuno
, V. V.
Plashnitsa
, R. D.
Robinson
, R. S.
Ruoff
, S.
Salahuddin
, J.
Shan
, L.
Shi
, M. G.
Spencer
, M.
Terrones
, W.
Windl
, and J. E.
Goldberger
, ACS Nano
7
, 2898
(2013
).3.
A. K.
Geim
and I. V.
Grigorieva
, Nature
499
, 419
(2013
).4.
M. S.
Dresselhaus
, G.
Chen
, M. Y.
Tang
, R. G.
Yang
, H.
Lee
, D. Z.
Wang
, Z. F.
Ren
, J. P.
Fleurial
, and P.
Gogna
, Adv. Mater.
19
, 1043
(2007
).5.
N. T.
Hung
, E. H.
Hasdeo
, A. R. T.
Nugraha
, M. S.
Dresselhaus
, and R.
Saito
, Phys. Rev. Lett.
117
, 036602
(2016
).6.
Y.
Saito
, T.
Iizuka
, T.
Koretsune
, R.
Arita
, S.
Shimizu
, and Y.
Iwasa
, Nano Lett.
16
, 4819
(2016
).7.
R.
Fei
, A.
Faghaninia
, R.
Soklaski
, J. A.
Yan
, C.
Lo
, and L.
Yang
, Nano Lett.
14
, 6393
(2014
).8.
B.
Liao
, J.
Zhou
, B.
Qiu
, M. S.
Dresselhaus
, and G.
Chen
, Phys. Rev. B
91
, 235419
(2015
).9.
M.
Yoshida
, T.
Iizuka
, Y.
Saito
, M.
Onga
, R.
Suzuki
, Y.
Zhang
, Y.
Iwasa
, and S.
Shimizu
, Nano Lett.
16
, 2061
(2016
).10.
M.
Kayyalha
, J.
Maassen
, M.
Lundstrom
, L.
Shi
, and Y. P.
Chen
, J. Appl. Phys.
120
, 134305
(2016
).11.
D.
Wickramaratne
, F.
Zahid
, and R. K.
Lake
, J. Chem. Phys.
140
, 124710
(2014
).12.
V.
Zólyomi
, N. D.
Drummond
, and V. I.
Fal'ko
, Phys. Rev. B
87
, 195403
(2013
).13.
V.
Zólyomi
, N. D.
Drummond
, and V. I.
Fal'ko
, Phys. Rev. B
89
, 205416
(2014
).14.
D. A.
Bandurin
, A. V.
Tyurnina
, L. Y.
Geliang
, A.
Mishchenko
, V.
Zólyomi
, S. V.
Morozov
, R. K.
Kumar
, R. V.
Gorbachev
, Z. R.
Kudrynskyi
, S.
Pezzini
, Z. D.
Kovalyuk
, U.
Zeitler
, K. S.
Novoselov
, A.
Patané
, L.
Eaves
, I. V.
Grigorieva
, V. I.
Fal'ko
, A. K.
Geim
, and Y.
Cao
, Nat. Nanotechnol.
12
, 223
(2017
).15.
J. S.
Rhyee
, K. H.
Lee
, S. M.
Lee
, E.
Cho
, S. I.
Kim
, E.
Lee
, Y. S.
Kwon
, J. H.
Shim
, and G.
Kotliar
, Nature
459
, 965
(2009
).16.
D.
Wickramaratne
, F.
Zahid
, and R. K.
Lake
, J. Appl. Phys.
118
, 075101
(2015
).17.
P.
Giannozzi
, S.
Baroni
, N.
Bonini
, M.
Calandra
, R.
Car
, C.
Cavazzoni
, D.
Ceresoli
, G. L.
Chiarotti
, M.
Cococcioni
, I.
Dabo
, A. D.
Corso
, S.
de Gironcoli
, S.
Fabris
, G.
Fratesi
, R.
Gebauer
, U.
Gerstmann
, C.
Gougoussis
, A.
Kokalj
, M.
Lazzeri
, L.
Martin-Samos
, N.
Marzari
, F.
Mauri
, R.
Mazzarello
, S.
Paolini
, A.
Pasquarello
, L.
Paulatto
, C.
Sbraccia
, S.
Scandolo
, G.
Sclauzero
, A. P.
Seitsonen
, A.
Smogunov
, P.
Umari
, and R. M.
Wentzcovitch
, J. Phys.: Condens. Matter
21
, 395502
(2009
).18.
F.
Giustino
, M. L.
Cohen
, and S. G.
Louie
, Phys. Rev. B
76
, 165108
(2007
).19.
S.
Poncé
, E.
Margine
, C.
Verdi
, and F.
Giustino
, Comput. Phys. Commun.
209
, 116
(2016
).20.
J. P.
Perdew
and A.
Zunger
, Phys. Rev. B
23
, 5048
(1981
).21.
See http://www.quantum-espresso.org for in.pz-hgh.upf and se.pz-hgh.upf pseudopotentials.
22.
L.
Debbichi
, O.
Eriksson
, and S.
Lebègue
, J. Phys. Chem. Lett.
6
, 3098
(2015
).23.
C. G.
Broyden
, IMA J. Appl. Math.
6
, 76
(1970
).24.
R.
Fletcher
, Comput. J.
13
, 317
(1970
).25.
D.
Goldfarb
, Math. Comput.
24
, 23
(1970
).26.
D. F.
Shanno
, Math. Comput.
24
, 647
(1970
).27.
S.
Baroni
, S.
de Gironcoli
, A.
Dal Corso
, and P.
Giannozzi
, Rev. Mod. Phys.
73
, 515
(2001
).28.
C.
Verdi
and F.
Giustino
, Phys. Rev. Lett.
115
, 176401
(2015
).29.
T.-H.
Liu
, J.
Zhou
, B.
Liao
, D. J.
Singh
, and G.
Chen
, Phys. Rev. B
95
, 075206
(2017
).30.
M.
Lundstrom
, Fundamentals of Carrier Transport
(Cambridge University Press
, New York
, 2009
).31.
H. J.
Goldsmid
, Introduction to Thermoelectricity
(Springer-Verlag
, Berlin, Heidelberg
, 2010
).32.
W.
Li
, Phys. Rev. B
92
, 075405
(2015
).33.
K.
Kaasbjerg
, K. S.
Thygesen
, and K. W.
Jacobsen
, Phys. Rev. B
85
, 115317
(2012
).34.
J. P.
Perdew
, K.
Burke
, and M.
Ernzerhof
, Phys. Rev. Lett.
77
, 3865
(1996
).35.
G. D.
Mahan
and J. O.
Sofo
, Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A.
93
, 7436
(1996
).36.
N. T.
Hung
, A. R. T.
Nugraha
, E. H.
Hasdeo
, M. S.
Dresselhaus
, and R.
Saito
, Phys. Rev. B
92
, 165426
(2015
).37.
R.
Kim
, S.
Datta
, and M. S.
Lundstrom
, J. Appl. Phys.
105
, 034506
(2009
).38.
A.
Nissimagoudar
, J.
Ma
, Y.
Chen
, and W.
Li
, J. Phys.: Condens. Matter
29
, 335702
(2017
).© 2017 Author(s).
2017
Author(s)
You do not currently have access to this content.
