Two-dimensional ferroelectricity in all-inorganic halide perovskite monolayer Cs2PbX4 ( X=F , Cl, Br, I)

铁电性 卤化物 钙钛矿(结构) 结晶学 物理 化学 电介质 量子力学 无机化学
作者
Junting Zhang,Ke Ji,Jun He,Yu Xie
出处
期刊:Physical review [American Physical Society]
卷期号:110 (19)
标识
DOI:10.1103/physrevb.110.195428
摘要

Ferroelectricity in lead halide perovskites has attracted tremendous interest due to its promising applications in high-performance optoelectronic devices. At present, ferroelectricity has been reported in some inorganic lead halide perovskite bulks, but whether it can exist in their ultra-thin films or even in the two-dimensional (2D) limit remains an unresolved issue. Here, we investigate ferroelectricity in lead halide perovskite monolayer films ${\mathrm{Cs}}_{2}\mathrm{Pb}{X}_{4}$ ($X$ = F, Cl, Br, I) using first-principles calculations, and demonstrate that the intrinsic ferroelectricity driven by the lone-pair electron effect of ${\mathrm{Pb}}^{2+}$ ions can exist in both freestanding and epitaxial strained ${\mathrm{Cs}}_{2}{\mathrm{PbF}}_{4}$ monolayer. Epitaxial strain maintains the polar ground-state phase established by octahedral rotation plus ferroelectric distortion in the ${\mathrm{Cs}}_{2}{\mathrm{PbF}}_{4}$ monolayer, whereas it does not induce ferroelectricity in the other monolayers. All the monolayers behave as semiconductors with a direct band gap that decrease with increasing anion radius. This work develops 2D ferroelectric semiconductors based on all-inorganic halide perovskites.
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