Thermal conductivity and phonon hydrodynamics in transition metal dichalcogenides from first-principles
Torres, Pol (Institut de Ciència de Materials de Barcelona)
Àlvarez Calafell, Francesc Xavier (Universitat Autònoma de Barcelona. Departament de Física)
Cartoixà Soler, Xavier (Universitat Autònoma de Barcelona. Departament d'Enginyeria Electrònica)
Rurali, Riccardo (Institut de Ciència de Materials de Barcelona)

Date:	2019
Abstract:	We carry out a systematic study of the thermal conductivity of four single-layer transition metal dichalcogenides, MX2 (M = Mo, W; X = S, Se) from first-principles by solving the Boltzmann transport equation (BTE). We compare three different theoretical frameworks to solve the BTE beyond the relaxation time approximation (RTA), using the same set of interatomic force constants computed within density functional theory (DFT), finding that the RTA severely underpredicts the thermal conductivity of MS2 materials. Calculations of the different phonon scattering relaxation times of the main collision mechanisms and their corresponding mean free paths (MFP) allow evaluating the expected hydrodynamic behaviour in the heat transport of such monolayers. These calculations indicate that despite of their low thermal conductivity, the present TMDs can exhibit large hydrodynamic effects, being comparable to those of graphene, especially for WSe2 at high temperatures.
Grants:	Agencia Estatal de Investigación MAT2017-90024-P Ministerio de Economía y Competitividad TEC2015-67462-C2-1-R Ministerio de Economía y Competitividad TEC2015-67462-C2-2-R European Commission 785219 Ministerio de Economía y Competitividad SEV-2015-0496 Agència de Gestió d'Ajuts Universitaris i de Recerca 2017/SGR-1506 Agència de Gestió d'Ajuts Universitaris i de Recerca 2017/SGR-1018
Rights:	Aquest document està subjecte a una llicència d'ús Creative Commons. Es permet la reproducció total o parcial, la distribució, i la comunicació pública de l'obra, sempre que no sigui amb finalitats comercials, i sempre que es reconegui l'autoria de l'obra original. No es permet la creació d'obres derivades.
Language:	Anglès
Document:	Article ; recerca ; Versió acceptada per publicar
Subject:	Thermal conductivity ; Phonons ; Transition metal dichalcogenides ; Boltzmann transport equation ; Ab initio ; Phonon hydrodynamics ; First-principles ; Heat transport ; Normal scattering
Published in:	2D materials, Vol. 6, Num. 3 (April 2019) , art. 035002, ISSN 2053-1583

DOI: 10.1088/2053-1583/ab0c31

17 p, 442.6 KB

The record appears in these collections:
Research literature > UAB research groups literature > Research Centres and Groups (research output) > Experimental sciences > Grup de Propietats de Transport a la Nanoescala
Articles > Research articles
Articles > Published articles