A nonequilibrium Green's function study of thermoelectric properties in single-walled carbon nanotubes

Journal of Applied Physics

Volumn 109, Issue 1, 2011, Pages

  Jiang, Jin Wu ^a   Wang, Jian Sheng ^a   Li, Baowen ^b  

^a NATIONAL UNIVERSITY OF SINGAPORE   (Singapore)

^b NATIONAL UNIVERSITY OF SINGAPORE   (Singapore)

Author keywords

[No Author keywords available]

Indexed keywords

BAND GAPS; ELECTRON BAND STRUCTURES; ELECTRON TRANSMISSION; ELECTRON TRANSPORT; ELECTRONIC CONDUCTANCE; FIGURE OF MERIT; FREQUENCY REGIONS; G-MODES; HIGH FREQUENCY; MAXIMUM VALUES; NON-EQUILIBRIUM GREEN'S FUNCTION; PHONON TRANSPORT; SUB-BANDS; TEMPERATURE RANGE; THERMAL CONDUCTANCE; THERMOELECTRIC PROPERTIES; UNIAXIAL ELONGATION;

ELECTRONS; ELONGATION; PHONONS; SINGLE-WALLED CARBON NANOTUBES (SWCN); THERMAL CONDUCTIVITY;

GREEN'S FUNCTION;

EID: 78751507142     PISSN: 00218979     EISSN: None     Source Type: Journal    
DOI: 10.1063/1.3531573     Document Type: Article

References (86)

1. H. J. Goldsmid, Thermoelectric Refrigeration (Plenum, New York, 1964).
2. H. J. Goldsmid, Electronic Refrigeration (Pion, London, 1986).
3. G. S. Nolas, J. Sharp, and J. Goldsmid, Thermoelectrics: Basic Principles and New Materials Developments (Springer, New York, 2001).
4. A. Majumdar, Science 303, 777 (2004).
5. G. D. Mahan, B. Sales, and J. Sharp, Phys. Today 50(3), 42 (1997).
6. G. Chen, M. S. Dresselhaus, G. Dresselhaus, J. P. Fleurial, and T. Caillat, Int. Mater. Rev. 48, 45 (2003).
7. G. S. Nolas, J. Poon, and M. G. Kanatzidis, MRS Bull. 31, 199 (2006).
8. M. 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. (Weinheim, Ger.) 19, 1043 (2007).
9. D. Y. Chung, K. S. Choi, L. Iordanidis, J. L. Schindler, P. W. Brazis, C. R. Kannewurf, B. Chen, S. Hu, C. Uher, and M. G. Kanatzidis, Chem. Mater. 9, 3060 (1997).
10. D. Y. Chung, T. Hogan, P. W. Brazis, M. Rocci-Lane, C. R. Kannewurf, M. Bastea, C. Uher, and M. G. Kanatzidis, Science 287, 1024 (2000).
11. K. F. Hsu, S. Loo, F. Guo, W. Chen, J. S. Dyck, C. Uher, T. Hogan, E. K. Polychroniadis, and M. G. Kanatzidis, Science 303, 818 (2004).
12. 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 (London) 459, 965 (2009).
13. Y. Hasegawa, M. Murata, D. Nakamura, and T. Komine, J. Appl. Phys. 106, 063703 (2009).
14. B. Poudel, Q. Hao, Y. Ma, Y. Lan, A. Minnich, B. Yu, X. Yan, D. Wang, A. Muto, D. Vashaee, X. Chen, J. Liu, M. S. Dresselhaus, G. Chen, and Z. Ren, Science 320, 634 (2008).
15. D. Teweldebrhan, V. Goyal, M. Rahman, and A. A. Balandin, Appl. Phys. Lett. 96, 053107 (2010).
16. L. D. Hicks and M. S. Dresselhaus, Phys. Rev. B 47, 12727 (1993).
17. P. Hyldgaard and G. D. Mahan, Phys. Rev. B 56, 10754 (1997).
18. G. Chen, Phys. Rev. B 57, 14958 (1998).
19. R. Venkatasubramanian, Phys. Rev. B 61, 3091 (2000).
20. Y. M. Lin and M. S. Dresselhaus, Phys. Rev. B 68, 075304 (2003).
21. N. Yang, G. Zhang, and B. Li, Nano Lett. 8, 276 (2008).
22. A. Balandin and K. L. Wang, Phys. Rev. B 58, 1544 (1998).
23. L. D. Hicks, T. C. Harman, X. Sun, and M. S. Dresselhaus, Phys. Rev. B 53, R10493 (1996).
24. R. Venkatasubramanian, E. Siivola, T. Colpitts, and B. O'Quinn, Nature (London) 413, 597 (2001).
25. T. C. Harman, P. J. Taylor, M. P. Walsh, and B. E. Laforge, Science 297, 2229 (2002).
26. L. D. Hicks and M. S. Dresselhaus, Phys. Rev. B 47, 16631 (1993).
27. A. M. Morales and C. M. Lieber, Science 279, 208 (1998).
28. J. D. Holmes, K. P. Johnston, R. C. Doty, and B. A. Korgel, Science 287, 1471 (2000).
29. Y. Wu, Y. Cui, L. Huynh, C. J. Barrelet, D. C. Bell, and C. M. Lieber, Nano Lett. 4, 433 (2004).
30. A. I. Boukai, Y. Bunimovich, J. Tahir-Kheli, J. K. Yu, W. A. Goddard, and J. R. Heath, Nature (London) 451, 168 (2008).
31. A. I. Hochbaum, R. Chen, R. D. Delgado, W. Liang, E. C. Garnett, M. Najarian, A. Majumdar, and P. Yang, Nature (London) 451, 163 (2008).
32. T. T. M. Vo, A. J. Williamson, V. Lordi, and G. Galli, Nano Lett. 8, 1111 (2008).
33. X. Chen, Y. Wang, Y. Ma, T. Cui, and G. Zou, J. Phys. Chem. C 113, 14001 (2009).
34. T. Markussen, A. P. Jauho, and M. Brandbyge, Phys. Rev. B 79, 035415 (2009).
35. P. Martin, Z. Aksamija, E. Pop, and U. Ravaioli, Phys. Rev. Lett. 102, 125503 (2009).
36. D. Donadio and G. Galli, Phys. Rev. Lett. 102, 195901 (2009).
37. T. Markussen, A. P. Jauho, and M. Brandbyge, Phys. Rev. Lett. 103, 055502 (2009).
38. L. Shi, D. Yao, G. Zhang, and B. Li, Appl. Phys. Lett. 95, 063102 (2009).
39. G. Liang, W. Huang, C. S. Koong, J. S. Wang, and J. Lan, J. Appl. Phys. 107, 014317 (2010).
40. G. Zhang, Q. Zhang, C. T. Bui, G. Q. Lo, and B. Li, Appl. Phys. Lett. 94, 213108 (2009).
41. J. H. Lee, G. A. Galli, and J. C. Grossman, Nano Lett. 8, 3750 (2008).
42. E. H. Hwang, E. Rossi, and S. Das Sarma, Phys. Rev. B 80, 235415 (2009).
43. X. Ni, G. Liang, J.-S. Wang, and B. Li, Appl. Phys. Lett. 95, 192114 (2009).
44. Y. Ouyang and J. Guo, Appl. Phys. Lett. 94, 263107 (2009).
45. X. Li, W. Cai, L. Colombo, and R. S. Ruoff, Nano Lett. 9, 4268 (2009).
46. N. Mingo, K. Esfarjani, D. A. Broido, and D. A. Stewart, Phys. Rev. B 81, 045408 (2010).
47. Z. H. Ni, T. Yu, Y. H. Lu, Y. Y. Wang, Y. P. Feng, and Z. X. Shen, ACS Nano 2, 2301 (2008).
48. T. M. G. Mohiuddin, A. Lombardo, R. R. Nair, A. Bonetti, G. Savini, R. Jalil, N. Bonini, D. M. Basko, C. Galiotis, N. Marzari, K. S. Novoselov, A. K. Geim, and A. C. Ferrari, Phys. Rev. B 79, 205433 (2009).
49. M. Y. Huang, H. G. Yan, C. Y. Chen, D. H. Song, T. F. Heinz, and J. Hone, Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 106, 7304 (2009).
50. Y. Xu and G. Li, J. Appl. Phys. 106, 114302 (2009).
51. W. Bao, F. Miao, Z. Chen, H. Zhang, W. Jang, C. Dames, and C. N. Lau, Nat. Nanotechnol. 10, 1038 (2009).
52. S. Datta, Electronic Transport in Mesoscopic Systems (Cambridge University Press, Cambridge, UK, 1995).
53. H. Haug and A. P. Jauho, Quantum Kinetics in Transport and Optics of Semiconductors (Springer, New York, 1996).
54. A. Ozpineci and S. Ciraci, Phys. Rev. B 63, 125415 (2001).
55. S. Ciraci, A. Buldum, and I. P. Batra, J. Phys.: Condens. Matter 13, R537 (2001).
56. T. Yamamoto and K. Watanabe, Phys. Rev. Lett. 96, 255503 (2006).
57. N. Mingo, Phys. Rev. B 74, 125402 (2006).
58. J.-S. Wang, N. Zeng, J. Wang, and C. K. Gan, Phys. Rev. E 75, 061128 (2007).
59. J.-S. Wang, J. Wang, and J. T. Lü, Eur. Phys. J. B 62, 381 (2008).
60. D. Gunlycke, H. M. Lawler, and C. T. White, Phys. Rev. B 75, 085418 (2007).
61. The ballistic NEGF code is available at website Http://staff.science.nus. edu.sg/phywjs/NEGF/negf.html
62. N. Zeng, Ph.D. thesis, National University of Singapore, 2008, at the website in Ref. 61.
63. J. Velev and W. Butler, J. Phys.: Condens. Matter 16, R637 (2004).
64. M. P. Lopez Sancho, J. M. Lopez Sancho, J. M. L. Sancho, and J. Rubio, J. Phys. F: Met. Phys. 15, 851 (1985).
65. D. H. Lee and J. D. Joannopoulos, Phys. Rev. B 23, 4997 (1981).
66. A. Umerski, Phys. Rev. B 55, 5266 (1997).
67. S. Sanvito, C. J. Lambert, J. H. Jefferson, and A. M. Bratkovsky, Phys. Rev. B 59, 11936 (1999).
68. P. S. Krstić, X. G. Zhang, and W. H. Butler, Phys. Rev. B 66, 205319 (2002).
69. U. Sivan and Y. Imry, Phys. Rev. B 33, 551 (1986).
70. K. Esfarjani, M. Zebarjadi, and Y. Kawazoe, Phys. Rev. B 73, 085406 (2006).
71. D. W. Brenner, O. A. Shenderova, J. A. Harrison, S. J. Stuart, B. Ni, and S. B. Sinnott, J. Phys.: Condens. Matter 14, 783 (2002).
72. J. D. Gale, J. Chem. Soc., Faraday Trans. 93, 629 (1997).
73. G. D. Mahan, Phys. Rev. B 68, 125409 (2003).
74. L. Yang, M. P. Anantram, J. Han, and J. P. Lu, Phys. Rev. B 60, 13874 (1999).
75. V. M. Pereira, A. H. Castro Neto, and N. M. R. Peres, Phys. Rev. B 80, 045401 (2009).
76. G. D. Mahan and G. S. Jeon, Phys. Rev. B 70, 075405 (2004).
77. J. W. Jiang, H. Tang, B. S. Wang, and Z. B. Su, Phys. Rev. B 73, 235434 (2006).
78. R. Saito, G. Dresselhaus, and M. S. Dresselhaus, Physical Properties of Carbon Nanotubes (Imperial College Press, London, 1998).
79. D. Shah, N. A. Bruque, K. Alam, R. K. Lake, and R. R. Pandey, J. Comput. Electron. 6, 395 (2007).
80. D. Mencarelli, T. Rozzi, L. Maccari, A. D. Donato, and M. Farina, Phys. Rev. B 75, 085402 (2007).
81. K. Saito, J. Nakamura, and A. Natori, Phys. Rev. B 76, 115409 (2007).
82. K. Q. Chen, X. H. Wang, and B. Y. Gu, Phys. Rev. B 62, 9919 (2000).
83. K. Q. Chen, W. H. Duan, B. L. Gu, and B. Y. Gu, Phys. Lett. A 299, 634 (2002).
84. J. Maultzsch, S. Reich, C. Thomsen, H. Requardt, and P. Ordejon, Phys. Rev. Lett. 92, 075501 (2004).
85. M. Mohr, J. Maultzsch, E. Dobardzic, S. Reich, I. Milosevic, M. Damnjanovic, A. Bosak, M. Krisch, and C. Thomsen, Phys. Rev. B 76, 035439 (2007).
86. A. C. Ferrari, J. C. Meyer, V. Scardaci, C. Casiraghi, M. Lazzeri, F. Mauri, S. Piscanec, D. Jiang, K. S. Novoselov, S. Roth, and A. K. Geim, Phys. Rev. Lett. 97, 187401 (2006).