The flexible Janus X2PAs (X = Si, Ge and Sn) monolayers with in-plane and out-of-plane piezoelectricity

单层 杰纳斯 压电 点反射 材料科学 凝聚态物理 压电系数 密度泛函理论 纳米技术 光电子学 化学 计算化学 复合材料 物理
作者
Yang Wu,Chunhua Yang,Hena Zhang,Liang-Hui Zhu,Xinyu Wang,Yunqing Li,Shiyu Zhu,Xiaochun Wang
出处
期刊:Applied Surface Science [Elsevier BV]
卷期号:589: 152999-152999 被引量:36
标识
DOI:10.1016/j.apsusc.2022.152999
摘要

The 2D piezoelectric materials have attracted growing attention due to their potential application in energy harvesters, strain sensors and active flexible electronics. Now, the challenge is to find flexible 2D material with piezoelectricity in both in-plane and out-of-plane. To address this challenge, this paper demonstrates the Janus X2PAs (X = Si, Ge and Sn) monolayers through density functional theory (DFT) calculation for the first time. The dynamical stability, stiffness and piezoelectric tensors of these monolayers are systematically investigated. The results show that these monolayers are stable and extremely flexible. The X2PAs monolayers exhibit piezoelectric effect in both in-plane and out-of-plane. Especially, among them, the Sn2PAs monolayer has the largest piezoelectric coefficient |d31| (1.42 pm/V) that is two times larger than the |d31| of group III–V buckled honeycomb (GaP, GaAs, InP and InAs) monolayers (0.40 ∼ 0.74 pm/V) and MoSO monolayer (0.7 pm/V). These facts are due to an inversion symmetry breaking (along the out-of-plane direction) in both atomic structures and charge distribution of X2PAs monolayers. The out-of-plane piezoelectric and flexible characters of these 2D Janus X2PAs monolayers could enhance their performance in multifunctional sensing and controlling of the nanodevices.

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