Screening two-dimensional pyroelectric materials based on pentagonal chains with large shift current

材料科学 极地的 单层 结晶学 剥脱关节 极化(电化学) 凝聚态物理 热电性 物理 纳米技术 物理化学 光电子学 石墨烯 化学 电介质 铁电性 天文
作者
Jiaqi Xin,Yaguang Guo,Qian Wang
出处
期刊:Physical Review Materials [American Physical Society]
卷期号:7 (7) 被引量:10
标识
DOI:10.1103/physrevmaterials.7.074001
摘要

The bulk photovoltaic effect (BPVE) of two-dimensional (2D) polar crystals has received considerable attention in recent years due to its potential applications in high-efficiency energy harvesting. Here, we propose a class of pentagonal chain-based 2D pyroelectric $\mathrm{Cu}X{X}^{\ensuremath{'}}Y$ $(X, {X}^{\ensuremath{'}}=\mathrm{S},\mathrm{Se},\mathrm{Te};Y=\mathrm{Cl},\mathrm{Br},\mathrm{I})$ monolayers with in-plane polarization via a high-throughput screening method. By using first-principles calculations, we show that compared to the 2D nonpolar $\mathrm{Cu}{X}_{2}Y$ compounds, the alignment between the averaged transition intensity and shift vector of the polar $\mathrm{Cu}X{X}^{\ensuremath{'}}Y$ materials gives rise to the enhanced shift current responses reaching up to $500\phantom{\rule{0.16em}{0ex}}\textmu{}\mathrm{A}\phantom{\rule{0.16em}{0ex}}{\mathrm{V}}^{--2}$ in the visible range, and the magnitude of the shift current is positively related to the polarity of the $X\ensuremath{-}{X}^{\ensuremath{'}}$ bond. More importantly, we find that all the studied materials have their exfoliation energies comparable to those of existing 2D materials, implying the feasibility for preparing $\mathrm{Cu}X{X}^{\ensuremath{'}}Y$ monolayers by mechanical exfoliation. Our study demonstrates the potential of utilizing pentagonal chains in the design of polar materials with strong BPVE responses.
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