Tunable vertical ferroelectricity and domain walls by interlayer sliding in β-ZrI2

铁电性 凝聚态物理 偶极子 材料科学 离子键合 磁滞 极地的 反铁电性 电场 光电子学 物理 电介质 离子 量子力学 天文
作者
Xiaonan Ma,Chang Liu,Wei Ren,S. A. Nikolaev
出处
期刊:npj computational materials [Nature Portfolio]
卷期号:7 (1) 被引量:27
标识
DOI:10.1038/s41524-021-00648-9
摘要

Abstract Vertical ferroelectricity where a net dipole moment appears as a result of in-plane ionic displacements has gained enormous attention following its discovery in transition metal dichalcogenides. Based on first-principles calculations, we report on the evidence of robust vertical ferroelectricity upon interlayer sliding in layered semiconducting β -ZrI 2 , a sister material of polar semimetals MoTe 2 and WTe 2 . The microscopic origin of ferroelectricity in ZrI 2 is attributed to asymmetric shifts of electronic charges within a trilayer, revealing a subtle interplay of rigid sliding displacements and charge redistribution down to ultrathin thicknesses. We further investigate the variety of ferroelectric domain boundaries and predict a stable charged domain wall with a quasi-two-dimensional electron gas and a high built-in electric field that can increase electron mobility and electromechanical response in multifunctional devices. Semiconducting behaviour and a small switching barrier of ZrI 2 hold promise for various ferroelectric applications, and our results provide important insights for further development of slidetronics ferroelectricity.
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