具有高水平压电响应的稳定二维材料的第一性原理发现

由于二维压电材料在传感器技术、驱动器件、能量收集以及医疗应用等技术应用中的日益广泛使用，其理性设计近来引起了极大兴趣。迄今为止已报道了若干具有高压电响应的材料，但用于估算层状材料压电潜力的高通量第一性原理方法尚未开展。在本研究中，我们采用第一性原理方法系统地研究了 128 种热力学稳定的二维（2D）半导体材料的压电（$e_{11}$、$d_{11}$）和弹性（C$_{11}$ 与 C$_{12}$）性质。我们的高通量方法表明，含 V 族元素的材料产生显著高的压电应变常数，$d_{11}$ $>$ 40 pmV$^{-1}$，且所考虑的 49 种材料的 $e_{11}$ 系数高于 MoS$_{2}$，其中 BrSSb 具有最大的 $d_{11}$ 之一，值为 373.0 pmV$^{-1}$。此外，我们建立了一个简单的经验模型，通过利用化合物中晶胞内相对离子运动和各元素的极化率来估算 $d_{11}$ 系数。