Enhanced size-dependent piezoelectricity and elasticity in nanostructures due to the flexoelectric effect

挠曲电 压电 凝聚态物理 材料科学 电介质 缩放比例 四方晶系 纳米结构 弹性模量 压电系数 物理 纳米技术 相(物质) 复合材料 量子力学 光电子学 数学 几何学
作者
M. S. Majdoub,Pradeep Sharma,Tahir Çağın
出处
期刊:Physical Review B [American Physical Society]
卷期号:77 (12) 被引量:627
标识
DOI:10.1103/physrevb.77.125424
摘要

Crystalline piezoelectric dielectrics electrically polarize upon application of uniform mechanical strain. Inhomogeneous strain, however, locally breaks inversion symmetry and can potentially polarize even nonpiezoelectric (centrosymmetric) dielectrics. Flexoelectricity---the coupling of strain gradient to polarization---is expected to show a strong size dependency due to the scaling of strain gradients with structural feature size. In this study, using a combination of atomistic and theoretical approaches, we investigate the ``effective'' size-dependent piezoelectric and elastic behavior of inhomogeneously strained nonpiezoelectric and piezoelectric nanostructures. In particular, to obtain analytical results and tease out physical insights, we analyze a paradigmatic nanoscale cantilever beam. We find that in materials that are intrinsically piezoelectric, the flexoelectricity and piezoelectricity effects do not add linearly and exhibit a nonlinear interaction. The latter leads to a strong size-dependent enhancement of the apparent piezoelectric coefficient resulting in, for example, a ``giant'' 500% enhancement over bulk properties in $\mathrm{Ba}\mathrm{Ti}{\mathrm{O}}_{3}$ for a beam thickness of $5\phantom{\rule{0.3em}{0ex}}\mathrm{nm}$. Correspondingly, for nonpiezoelectric materials also, the enhancement is nontrivial (e.g., 80% for $5\phantom{\rule{0.3em}{0ex}}\mathrm{nm}$ size in paraelectric $\mathrm{Ba}\mathrm{Ti}{\mathrm{O}}_{3}$ phase). Flexoelectricity also modifies the apparent elastic modulus of nanostructures, exhibiting an asymptotic scaling of $1∕{h}^{2}$, where $h$ is the characteristic feature size. Our major predictions are verified by quantum mechanically derived force-field-based molecular dynamics for two phases (cubic and tetragonal) of $\mathrm{Ba}\mathrm{Ti}{\mathrm{O}}_{3}$.
最长约 10秒,即可获得该文献文件

科研通智能强力驱动
Strongly Powered by AbleSci AI
科研通是完全免费的文献互助平台,具备全网最快的应助速度,最高的求助完成率。 对每一个文献求助,科研通都将尽心尽力,给求助人一个满意的交代。
实时播报
CipherSage应助阿伟采纳,获得10
1秒前
丘比特应助Xin采纳,获得10
1秒前
小柴发布了新的文献求助10
1秒前
2秒前
3秒前
3秒前
3秒前
4秒前
今后应助jixia采纳,获得10
4秒前
23关闭了23文献求助
4秒前
搞点学术完成签到 ,获得积分10
5秒前
6秒前
7秒前
HANXIA完成签到,获得积分10
7秒前
7秒前
8秒前
研友_nxy9XZ完成签到,获得积分10
9秒前
9秒前
9秒前
cyz完成签到,获得积分10
10秒前
ChenChen发布了新的文献求助10
12秒前
苏小安发布了新的文献求助10
12秒前
13秒前
量子星尘发布了新的文献求助10
13秒前
13秒前
cyz发布了新的文献求助20
13秒前
旺旺饼干发布了新的文献求助10
14秒前
kyouu发布了新的文献求助10
14秒前
15秒前
16秒前
量子星尘发布了新的文献求助10
17秒前
张国强发布了新的文献求助10
18秒前
贪玩板栗发布了新的文献求助10
18秒前
小冰完成签到,获得积分10
18秒前
18秒前
依兰飞舞完成签到,获得积分10
19秒前
整齐乌发布了新的文献求助10
19秒前
23关闭了23文献求助
19秒前
20秒前
桐桐应助MET1采纳,获得10
21秒前
高分求助中
2025-2031全球及中国金刚石触媒粉行业研究及十五五规划分析报告 40000
(应助此贴封号)【重要!!请各用户(尤其是新用户)详细阅读】【科研通的精品贴汇总】 10000
Introduction to strong mixing conditions volume 1-3 5000
Agyptische Geschichte der 21.30. Dynastie 3000
Les Mantodea de guyane 2000
Clinical Microbiology Procedures Handbook, Multi-Volume, 5th Edition 2000
„Semitische Wissenschaften“? 1510
热门求助领域 (近24小时)
化学 材料科学 生物 医学 工程类 计算机科学 有机化学 物理 生物化学 纳米技术 复合材料 内科学 化学工程 人工智能 催化作用 遗传学 数学 基因 量子力学 物理化学
热门帖子
关注 科研通微信公众号,转发送积分 5752140
求助须知:如何正确求助?哪些是违规求助? 5472900
关于积分的说明 15373131
捐赠科研通 4891251
什么是DOI,文献DOI怎么找? 2630284
邀请新用户注册赠送积分活动 1578475
关于科研通互助平台的介绍 1534465