Establishing the morphotropic phase boundary in van der Waals ferroelectrics

压电 范德瓦尔斯力 相界 电介质 铁电性 压电系数 材料科学 相(物质) 凝聚态物理 压电响应力显微镜 机电耦合系数 陶瓷 物理 复合材料 光电子学 化学 有机化学 分子
作者
Jianming Deng,Zhengqian Fu,Yixuan Zhang,Jiaqian Kang,Weiping Gong,Qiang Li,Xiaodong Zhou,Wenbin Wang,Jiawang Hong,Sang‐Wook Cheong,Xueyun Wang
出处
期刊:2D materials [IOP Publishing]
卷期号:11 (3): 035034-035034
标识
DOI:10.1088/2053-1583/ad4ef0
摘要

Abstract The formation of morphotropic phase boundaries (MPBs) is a pivotal strategy in piezoelectric ceramics and crystals, primarily used to enhance the electromechanical coupling. However, the application of this strategy in van der Waals (vdW) piezoelectrics and ferroelectrics has been limited, largely due to challenges in achieving phase coexistence and enabling possible polarization rotation. In this study, we address this gap by synthesizing a Selenium doped vdW ferroelectric, CuInP 2 (S 1− x Se x ) 6 , with a doping range of 0 ⩽ x ⩽ 0.15, to create an MPB. Our findings indicate the presence of an MPB near x = 0.05, situated between monoclinic and trigonal phases. This boundary was confirmed using x-ray diffraction and transmission electron microscope techniques. Remarkably, the composition at x = 0.05 shows a high dielectric constant ( ϵ r = 13.8) and an impressive local effective piezoelectric coefficient ( d 33eff = 51 pm V −1 ) at 80 K. Additionally, an unusual softening of the Young’s modulus was observed near MPB. These results are crucial for enhancing electromechanical coupling in vdW layered materials and herald new avenues for the design and optimization of piezoelectric and electromechanical properties in these materials.
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