双层 IV 族单硫族化合物中层间滑移诱导的层内铁电翻转
材料科学
2022-03-25 v2
摘要
具有铁电性质的二维材料打破了传统铁电材料的尺寸效应，并在小尺度下释放出铁电相关应用的空前潜力。本工作中，我们利用密度泛函理论（DFT）计算，在一类双层 IV 族单硫族化合物（MX，其中 M = Ge、Sn，X = S、Se）中发现了摩擦铁电行为。当层间滑移超过一个面内晶胞长度时，顶层呈现可逆的层内铁电翻转，导致双层 MX 中铁电态（电极化为 40C/cm）与反铁电态之间的可逆转变。结果表明，通常被认为较弱的层间范德华相互作用，实际上可产生面内晶格畸变，从而引起顶层内层内共价键的断裂与形成，导致所观测到的摩擦铁电现象。该独特性质相比现有压电与摩擦电纳米发电机在能量收集方面具若干优势。层间滑移诱导的极化变化高达 40C/cm，可产生比基于 MoS 的纳米发电机高两个数量级的开路电压。极化变化发生于层间滑移一个晶胞长度的时间段内，带来超高极化变化率及由此产生的超高短路电流。在 1 m/s 中等滑移速度下，摩擦铁电双层 MX 的理论功率输出预测比 MoS 纳米发电机高四个数量级，表明其在能量收集应用中的巨大潜力。
引用
@article{arxiv.2103.12518,
title = {Interlayer Sliding-Induced Intralayer Ferroelectric Switching in Bilayer Group-IV Monochalcogenides},
author = {Bo Xu and Junkai Deng and Xiangdong Ding and Jun Sun and Jefferson Zhe Liu},
journal= {arXiv preprint arXiv:2103.12518},
year = {2022}
}
备注
Manuscript: 19 pages including 4 figures