作者：陈少波
出版社：电子工业出版社
出版日期：2025
ISBN：9787121487460
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内容简介
压电和热电材料通常因为低的压电系数和热电优值而限制其实际应用，本专著创新性地设计了多种由VIA族元素（S，Se和Te）组成的不同相结构二维材料，并采用第一性原理系统性研究了稳定的二维VIA族化合物的相关物理性质，主要包括热电、压电性质和Rashba自旋劈裂等。VIA族元素组成材料具有天然的低晶格热导率和大的热电系数是理想的热电材料。另外，Juans结构的设计打破了镜面对称和反演对称诱导出大压电系数和Rashba自旋劈裂效应，有利于开发高性能压电和自旋电子材料。
作者简介
陈少波，男，中共党员，四川大学理学博士，副教授，贵州师范大学兼职硕士生导师，新加坡科技设计大学访问学者，安顺学院中青年学术骨干。主要研究方向为计算凝聚态物理、材料模拟计算。近年来主持国家自然科学基金1项、地厅级课题4项（3项已结题），参与国家自然科学基金2项（其中面上项目1项）；发表核心以上论文30余篇（SCI 25篇），其中第一作者在Phys. Rev. B, Phys. Chem. Chem. Phys.，Vacuum, Nanotechnology, J Appl. Phys.，Eur. Phys. J Plus, Mater. Today Commun.等国际权威SCI期刊上共发表论文14篇，EI 1篇，中文核心2篇。担任Phys. Chem. Chem. Phys., Eur. Phys. J Plus, Solid State Commun.等国际知名期刊审稿人。
目录
目 录
第1章 第一性原理的计算方法 001
1.1 多粒子体系的薛定谔方程 002
1.2 近似基础 002
1.2.1 Born-Oppenheimer近似 002
1.2.2 Hartree-Fock近似 003
1.3 密度泛函理论 005
1.3.1 Thomas-Fermi-Dirac近似 005
1.3.2 Hohenberg-Kohn定理 006
1.3.3 Kohn-Sham方程 007
1.3.4 交换关联泛函 009
1.4 布洛赫理论 010
1.5 平面波基函数 011
1.6 赝势 012
1.6.1 超软赝势（USPP） 013
1.6.2 投影缀加平面波（PAW）赝势 014
1.7 相关计算软件简介 015
1.7.1 VASP 015
1.7.2 PHONOPY 016
1.7.3 BoltzTraP 016
1.7.4 TransOpt 017
1.7.5 ShengBTE 018
1.7.6 VASPKIT 019
1.7.7 PyProcar 020
1.7.8 Siesta 021
本章参考资料 021
第2章 热电相关理论 027
2.1 热电效应 028
2.1.1 Seebeck效应 028
2.1.2 Peltier效应 029
2.1.3 Thomson效应 029
2.1.4 汤姆逊（开尔文）关系 030
2.2 形变势理论 030
2.3 电子的热电输运性质 031
2.3.1 玻尔兹曼输运方程 031
2.3.2 电子弛豫时间 033
2.3.3 热电器件工作原理及热电优值 035
2.4 晶格热导率的计算方法 037
2.4.1 迭代求解玻尔兹曼方程 037
2.4.2 Slack模型 038
2.4.3 Clarke模型 039
2.5 二维热电材料的研究进展及优化方法 040
本章参考资料 042
第3章 压电相关理论 047
3.1 压电效应及其原理 048
3.2 压电系数的计算方法 049
3.2.1 贝里相近似理论 050
3.2.2 密度泛函微扰理论（DFPT） 051
3.2.3 二维材料压电系数的计算过程 053
3.3 二维压电材料的研究进展及优化方法 056
本章参考资料 060
第4章 二维ⅥA族材料晶体结构设计 069
4.1 石墨烯（Graphene） 070
4.1.1 石墨烯的结构和性质 070
4.1.2 石墨烯的合成 071
4.1.3 石墨烯的应用 071
4.2 过渡金属双硫化物（TMDCs） 071
4.2.1 过渡金属双硫化物晶体结构及其优异性能 071
4.2.2 过渡金属双硫化物的研究与应用 073
4.2.3 过渡金属双硫化物的合成方法 075
4.3 一元ⅥA族元素材料晶体结构设计 075
4.3.1 碲烯（Tellurene）和硒烯（Selenene） 075
4.3.2 碲烯的多层结构 078
4.4 二元和三元ⅥA族元素结构设计 080
本章参考资料 082
第5章 二维ⅥA族碲烯和硒烯的物理性质研究 087
5.1 概述 088
5.2 碲烯和硒烯晶体结构与稳定性 089
5.3 电子能带和光学性质 092
5.4 迁移率 094
5.5 晶格热导率和热电优值 095
5.6 压电性质 096
5.7 拓扑性质 098
本章参考资料 100
第6章 1T相二元ⅥA族化合物输运性质的理论研究 105
6.1 研究背景和意义 106
6.2 计算模型和理论 107
6.3 结果与讨论 108
6.3.1 结构与稳定性 108
6.3.2 电子性质 110
6.3.3 电输运性质 112
6.3.4 热输运性质 118
6.4 本章小结 123
本章参考资料 124
第7章 Janus ⅥA族二元化合物压电、热电性质和Rashba效应的
理论研究 133
7.1 研究背景和意义 134
7.2 理论模型和计算细节 135
7.3 结果与讨论 135
7.3.1 结构与稳定性 135
7.3.2 能带结构及Rashba效应 137
7.3.3 自旋纹理和六边形翘曲效应 141
7.3.4 双轴应变对能带及Rashba效应的调控 144
7.3.5 势函数和局域电荷密度 149
7.3.6 压电性质 150
7.3.7 热电性质 153
7.4 本章小结 160
本章参考资料 161
第8章 Janus ⅥA族三元化合物的压电、热电性质和Rashba效应的
理论研究 171
8.1 引言 172
8.2 理论模型和计算细节 173
8.3 结果与讨论 174
8.3.1 结构与稳定性 174
8.3.2 电子性质、Rashba自旋劈裂和自旋投影纹理 177
8.3.3 光吸收系数 182
8.3.4 压电性质 183
8.3.5 电输运性质 184
8.3.6 热输运性质 187
8.4 本章小结 192
本章参考资料 192
第9章 应变调控1T相ⅥA族化合物Se2Te和SeTe2热电性质的
理论研究 201
9.1 研究背景和意义 202
9.2 理论方法和计算细节 203
9.3 结果与讨论 203
9.3.1 稳定性和电子性质 203
9.3.2 电输运性质 207
9.3.3 晶格热导率 207
9.3.4 热电优值（ZT） 212
9.4 本章小结 215
本章参考资料 216
第10章 ⅥA族元素的衍生物Janus CrXY（X, Y=S, Se, Te）的Rashba自旋分裂和压电响应的研究 221
10.1 概述 222
10.2 Janus CrXY的稳定性 222
10.3 Janus CrXY的电子能带结构 225
10.4 Rashba效应 229
10.5 压电效应 234
10.6 本章小结 237
本章参考资料 238
第11章 ⅥA族元素的衍生物CrX2（X=S，Se，Te）的电子结构、
力学性能、压电和热输运性能的研究 243
11.1 概述 244
11.2 CrX2的晶体结构和声子谱双轴应变调控 244
11.3 双轴应变对CrX2电子能带的调控 249
11.4 双轴应变对CrX2机械性质的调控 251
11.5 双轴应变对CrX2压电系数的调控 254
11.6 双轴应变调控CrX2的热输运性质 256
11.7 本章小结 257
本章参考资料 258
附录A 关键词索引 261
附录B 部分输入文件和晶体结构 265
第1章 第一性原理的计算方法 001
1.1 多粒子体系的薛定谔方程 002
1.2 近似基础 002
1.2.1 Born-Oppenheimer近似 002
1.2.2 Hartree-Fock近似 003
1.3 密度泛函理论 005
1.3.1 Thomas-Fermi-Dirac近似 005
1.3.2 Hohenberg-Kohn定理 006
1.3.3 Kohn-Sham方程 007
1.3.4 交换关联泛函 009
1.4 布洛赫理论 010
1.5 平面波基函数 011
1.6 赝势 012
1.6.1 超软赝势（USPP） 013
1.6.2 投影缀加平面波（PAW）赝势 014
1.7 相关计算软件简介 015
1.7.1 VASP 015
1.7.2 PHONOPY 016
1.7.3 BoltzTraP 016
1.7.4 TransOpt 017
1.7.5 ShengBTE 018
1.7.6 VASPKIT 019
1.7.7 PyProcar 020
1.7.8 Siesta 021
本章参考资料 021
第2章 热电相关理论 027
2.1 热电效应 028
2.1.1 Seebeck效应 028
2.1.2 Peltier效应 029
2.1.3 Thomson效应 029
2.1.4 汤姆逊（开尔文）关系 030
2.2 形变势理论 030
2.3 电子的热电输运性质 031
2.3.1 玻尔兹曼输运方程 031
2.3.2 电子弛豫时间 033
2.3.3 热电器件工作原理及热电优值 035
2.4 晶格热导率的计算方法 037
2.4.1 迭代求解玻尔兹曼方程 037
2.4.2 Slack模型 038
2.4.3 Clarke模型 039
2.5 二维热电材料的研究进展及优化方法 040
本章参考资料 042
第3章 压电相关理论 047
3.1 压电效应及其原理 048
3.2 压电系数的计算方法 049
3.2.1 贝里相近似理论 050
3.2.2 密度泛函微扰理论（DFPT） 051
3.2.3 二维材料压电系数的计算过程 053
3.3 二维压电材料的研究进展及优化方法 056
本章参考资料 060
第4章 二维ⅥA族材料晶体结构设计 069
4.1 石墨烯（Graphene） 070
4.1.1 石墨烯的结构和性质 070
4.1.2 石墨烯的合成 071
4.1.3 石墨烯的应用 071
4.2 过渡金属双硫化物（TMDCs） 071
4.2.1 过渡金属双硫化物晶体结构及其优异性能 071
4.2.2 过渡金属双硫化物的研究与应用 073
4.2.3 过渡金属双硫化物的合成方法 075
4.3 一元ⅥA族元素材料晶体结构设计 075
4.3.1 碲烯（Tellurene）和硒烯（Selenene） 075
4.3.2 碲烯的多层结构 078
4.4 二元和三元ⅥA族元素结构设计 080
本章参考资料 082
第5章 二维ⅥA族碲烯和硒烯的物理性质研究 087
5.1 概述 088
5.2 碲烯和硒烯晶体结构与稳定性 089
5.3 电子能带和光学性质 092
5.4 迁移率 094
5.5 晶格热导率和热电优值 095
5.6 压电性质 096
5.7 拓扑性质 098
本章参考资料 100
第6章 1T相二元ⅥA族化合物输运性质的理论研究 105
6.1 研究背景和意义 106
6.2 计算模型和理论 107
6.3 结果与讨论 108
6.3.1 结构与稳定性 108
6.3.2 电子性质 110
6.3.3 电输运性质 112
6.3.4 热输运性质 118
6.4 本章小结 123
本章参考资料 124
第7章 Janus ⅥA族二元化合物压电、热电性质和Rashba效应的
理论研究 133
7.1 研究背景和意义 134
7.2 理论模型和计算细节 135
7.3 结果与讨论 135
7.3.1 结构与稳定性 135
7.3.2 能带结构及Rashba效应 137
7.3.3 自旋纹理和六边形翘曲效应 141
7.3.4 双轴应变对能带及Rashba效应的调控 144
7.3.5 势函数和局域电荷密度 149
7.3.6 压电性质 150
7.3.7 热电性质 153
7.4 本章小结 160
本章参考资料 161
第8章 Janus ⅥA族三元化合物的压电、热电性质和Rashba效应的
理论研究 171
8.1 引言 172
8.2 理论模型和计算细节 173
8.3 结果与讨论 174
8.3.1 结构与稳定性 174
8.3.2 电子性质、Rashba自旋劈裂和自旋投影纹理 177
8.3.3 光吸收系数 182
8.3.4 压电性质 183
8.3.5 电输运性质 184
8.3.6 热输运性质 187
8.4 本章小结 192
本章参考资料 192
第9章 应变调控1T相ⅥA族化合物Se2Te和SeTe2热电性质的
理论研究 201
9.1 研究背景和意义 202
9.2 理论方法和计算细节 203
9.3 结果与讨论 203
9.3.1 稳定性和电子性质 203
9.3.2 电输运性质 207
9.3.3 晶格热导率 207
9.3.4 热电优值（ZT） 212
9.4 本章小结 215
本章参考资料 216
第10章 ⅥA族元素的衍生物Janus CrXY（X, Y=S, Se, Te）的Rashba自旋分裂和压电响应的研究 221
10.1 概述 222
10.2 Janus CrXY的稳定性 222
10.3 Janus CrXY的电子能带结构 225
10.4 Rashba效应 229
10.5 压电效应 234
10.6 本章小结 237
本章参考资料 238
第11章 ⅥA族元素的衍生物CrX2（X=S，Se，Te）的电子结构、
力学性能、压电和热输运性能的研究 243
11.1 概述 244
11.2 CrX2的晶体结构和声子谱双轴应变调控 244
11.3 双轴应变对CrX2电子能带的调控 249
11.4 双轴应变对CrX2机械性质的调控 251
11.5 双轴应变对CrX2压电系数的调控 254
11.6 双轴应变调控CrX2的热输运性质 256
11.7 本章小结 257
本章参考资料 258
附录A 关键词索引 261
附录B 部分输入文件和晶体结构 265
