二维铁电材料ABP2X6内在极高的负泊松比（英文）

论文摘要

引发科研人员极大兴趣的二维铁电材料由于极好的电子读写性能,是下一代电路设计的重要组成。但是,二维铁电材料非常罕见。最近具有ABP2X6（A=Ag,Cu;B=Bi,In;X=S,Se）形式的二维铁电材料,由于可制备超薄铁电材料,掀起了广泛的研究热潮。在ABP2X6单层内,P―P键形成支撑顶部和底部X平面的结构,同时位于X层之间的偏心A-B原子引起自发的铁电极化。如果两个偏心的A-B位置均匀对齐,则会导致顺电状态的出现。这种有趣的结构具有潜在的新颖的机械性能。截至目前,单层ABP2X6尚无力学性能报告。基于第一性原理计算,我们研究了单层ABP2X6（A=Ag,Cu;B=Bi,In;X=S,Se）的结构、电子、力学以及电力耦合性质。通过杂化密度泛函方法计算,发现它们都是有很宽带隙的半导体。CuInP2Se6,CuBiP2Se6,AgBiP2S6和AgBiP2Se6的能带带隙分别是2.73,2.17,3.00和2.31 eV。价带顶主要是由X和B原子的p轨道构成,而导带底主要来源于X原子的p轨道和A原子的d轨道杂化。另外,A-B偏心位移有三个短A/B―X键,再加上d-p轨道杂化,我们推测ABP2X6单层中铁电结构扭曲的主要原因是Jahn-Teller影响。更有趣的是,ABP2X6单层是具有垂直于平面负泊松比的新类型的拉胀材料,负泊松比的数值有如下关系:AgBiP2S6（-0.805）<AgBiP2Se6（-0.778）<CuBiP2Se6（.0.670）<CuInP2S6（.0.060）。这主要是由于在x/y方向上施加的拉伸应变增大了P―P键和顶层X原子之间的角度,因此增加了单层ABP2X6的垂直平面方向的褶皱高度。此外,外部应变对A-B偏心位移具有显著影响,从而产生垂直于平面的压电极化。CuInP2S6,CuBiP2Se6,AgBiP2S6,AgBiP2Se6单层的e13值计算为-3.95×10-12,-5.68×10-12,-3.94×10-12,-2.71×10-12C·m-1,与实验证实的二维平面外压电Janus系统相当(压电系数为-3.8×10-12C·m-1)。这种不寻常的拉胀行为、铁电极化以及单层ABP2X6中的电力耦合可能会在纳米电子学、纳米力学和压电学中产生巨大的技术重要应用。

论文目录

• 1 Introduction
• 2 Computational methods
• 3 Results and discussions
• 4 Conclusions

文章来源

类型: 期刊论文

作者: 张春梅,聂亦涵,杜爱军

关键词: 负泊松比,铁电,半导体,力学,压电

来源: 物理化学学报 2019年10期

年度: 2019

分类: 工程科技Ⅰ辑

专业: 材料科学

单位: 昆士兰科技大学科学与工程学院化学物理与机械工程系

基金: the financial support by Australian Research Council under Discovery Project(DP170103598)

分类号: TB34

页码: 1128-1133

总页数: 6

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