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Sliding ferroelectricity in bilayer honeycomb structures: A first-principles study

铁电性 凝聚态物理 极化(电化学) 堆积 范德瓦尔斯力 极化密度 材料科学 电负性 极地的 物理 结晶学 电介质 核磁共振 量子力学 光电子学 磁化 化学 磁场 物理化学 分子
作者
Zhe Wang,Zhigang Gui,Li Huang
出处
期刊:Physical review [American Physical Society]
卷期号:107 (3) 被引量:32
标识
DOI:10.1103/physrevb.107.035426
摘要

The sliding ferroelectricity is engineered by artificially stacking the nonpolar two-dimensional (2D) materials, which greatly broadens the 2D ferroelectrics from very few candidate materials to a large family of 2D materials. However, the electric polarizations are generally small due to the weak van der Waals interlayer interaction. The search for 2D sliding ferroelectrics with large polarization presents an ongoing challenge. Here we systematically investigate the sliding ferroelectricity in the bilayer honeycomb structures of $\mathrm{B}X$ $(X=\mathrm{P}, \mathrm{As}, \mathrm{Sb})$, $Y\mathrm{N}$ $(Y=\mathrm{Al}, \mathrm{Ga}, \mathrm{In})$, and $Z\mathrm{C}$ $(Z=\mathrm{Si}, \mathrm{Ge}, \mathrm{Sn})$ based on first-principles calculations. It is shown that the electric polarization decreases with the increase of the interlayer distance, and increases with the difference in electronegativity of the two constituent elements. Such dependence is further corroborated by a simple model. It is interesting to see that GeC can be an ideal sliding ferroelectric material with high polarization and energetically favorable polar stacking. Our results reveal the key factors in determining the electric polarization, which could facilitate the search and design of 2D sliding ferroelectrics with large out-of-plane polarization.
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