单质 Sb 与 Bi 单层中出乎意料的逆向压电响应
材料科学
2023-09-22 v1 原子物理
摘要
Sb 与 Bi 单层作为具有相似原子结构的单元素铁电材料，理论上具备本征压电性，使其在传感器与执行器等功能纳米器件应用中极具前景。本文中，我们利用第一性原理计算系统探究了 Sb 与 Bi 单层的压电响应。我们的发现揭示：Sb 呈现负压电响应，而 Bi 呈现正压电响应。该差异归因于施加应变时不同原子内禀畸变（内应变项）的主导作用。进一步的电子密度分布分析显示，Sb 中原子键合趋于共价，而 Bi 中原子键合更偏向离子性。与 Sb 单层相比，Bi 单层的特征在于其更显著的孤对轨道电子及关联更大的玻恩有效电荷。孤对轨道电子与化学键间的库仑排斥导致 Bi 单层具有更突出的原子褶皱，进而在应变下 z 方向产生更显著的原子畸变。这些差异致使内应变项存在可观差别，最终引致 Sb 与 Bi 单层间逆向的压电响应。本工作为二维铁电材料的压电机理及其在纳米电子器件中的潜在应用提供了宝贵见解。
引用
@article{arxiv.2309.11762,
title = {Unexpected Reversed Piezoelectric Response in Elemental Sb and Bi Monolayers},
author = {Yunfei Hong and Junkai Deng and Qi Kong and Xiangdong Ding and Jun Sun and Jefferson Zhe Liu},
journal= {arXiv preprint arXiv:2309.11762},
year = {2023}
}