Stacking Fault Induced Symmetry Breaking in van der Waals Nanowires

堆积 范德瓦尔斯力 材料科学 凝聚态物理 纳米线 单层 密度泛函理论 叠加断层 化学物理 结晶学 纳米技术 计算化学 化学 物理 分子 有机化学
作者
Eli Sutter,Hannu‐Pekka Komsa,Alexander A. Puretzky,Raymond R. Unocic,Peter Sutter
出处
期刊:ACS Nano [American Chemical Society]
卷期号:16 (12): 21199-21207 被引量:16
标识
DOI:10.1021/acsnano.2c09172
摘要

While traditional ferroelectrics are based on polar crystals in bulk or thin film form, two-dimensional and layered materials can support mechanisms for symmetry breaking between centrosymmetric building blocks, e.g., by creating low-symmetry interfaces in van der Waals stacks. Here, we introduce an approach toward symmetry breaking in van der Waals crystals that relies on the spontaneous incorporation of stacking faults in a nonpolar bulk layer sequence. The concept is realized in nanowires consisting of Se-rich group IV monochalcogenide (GeSe1-xSx) alloys, obtained by vapor-liquid-solid growth. The single crystalline wires adopt a layered structure in which the nonpolar A-B bulk stacking along the nanowire axis is interrupted by single-layer stacking faults with local A-A' stacking. Density functional theory explains this behavior by a reduced stacking fault formation energy in GeSe (or Se-rich GeSe1-xSx alloys). Computations demonstrate that, similar to monochalcogenide monolayers, the inserted A-layers should show a spontaneous electric polarization with a switching barrier consistent with a Curie temperature above room temperature. Second-harmonic generation signals are consistent with a variable density of stacking faults along the wires. Our results point to possible routes for designing ferroelectrics via the layer stacking in van der Waals crystals.
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