Enhanced piezoelectric effect in Janus group-III chalcogenide monolayers

单层 杰纳斯 材料科学 硫系化合物 偶极子 半导体 带隙 凝聚态物理 极化(电化学) 压电系数 光电子学 纳米技术 压电 化学 复合材料 物理 物理化学 有机化学
作者
Yu Guo,Si Zhou,Yizhen Bai,Jijun Zhao
出处
期刊:Applied Physics Letters [American Institute of Physics]
卷期号:110 (16) 被引量:422
标识
DOI:10.1063/1.4981877
摘要

Piezoelectricity is a unique material property that converts mechanical energy into electricity or vice versa. Starting from the group-III monochalcogenide monolayers, we design a series of derivative Janus structures for piezoelectric materials, including Ga2SSe, Ga2STe, Ga2SeTe, In2SSe, In2STe, In2SeTe, GaInS2, GaInSe2, and GaInTe2. Our first-principles calculations show that these Janus structures are thermodynamically and dynamically stable. They have a bandgap in the range of 0.89–2.03 eV, lower than those of the perfect monolayers, and Ga2STe, Ga2SeTe, In2STe, and In2SeTe monolayers are direct gap semiconductors. They possess piezoelectric coefficients up to 8.47 pm/V, over four times the maximum value obtained in perfect group-III monochalcogenide monolayers. Moreover, the broken mirror symmetry of these Janus structures induces out-of-plane dipolar polarization, yielding additional out-of-plane piezoelectric coefficients of 0.07–0.46 pm/V. The enhanced piezoelectric properties enable the development of these novel two-dimensional materials for piezoelectric sensors and nanogenerators.
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