Découverte basée sur les données de NbOI2 en tant que piézoélectrique en couches hautes performances


Datengetriebene Entdeckung von NbOI2 als geschichtetes Hochleistungs-Piezoelektrikum

La montre (à gauche) les éléments piézoélectriques du tenseur de contrainte calculés pour 2 940 matériaux différents sous leur forme monocouche. Les éléments tenseurs de contrainte piézoélectriques maximum, par ex.ijsont tracés sur une échelle logarithmique en unités de 10-dix C/m (axe radial), correspondant au classement en groupe spatial (structure cristalline) des matériaux (axe angulaire). (À droite) la structure atomique de NbOX2 (X = Cl, Br, I) montre une asymétrie dans la direction x. Reconnaissance: communication nature (2022). DOI : 10.1038/s41467-022-29495-y

Les matériaux piézoélectriques peuvent convertir l’énergie mécanique en énergie électrique et vice versa. Ces dernières années, il y a eu un intérêt croissant pour la découverte de piézoélectriques en couches bidimensionnelles (2D). Ces piézoélectriques van der Waals en couches sont particulièrement utiles pour les applications de niche telles que les actionneurs de précision atomique et les capteurs portables. De plus, les piézoélectriques 2D peuvent agir comme des générateurs d’énergie à l’échelle nanométrique pour les dispositifs à l’échelle nanométrique.

La découverte des piézoélectriques 2D s’est surtout faite au coup par coup. Une recherche systématique dans une de de matériaux 2D est nécessaire pour découvrir les matériaux 2D les mieux adaptés à une utilisation en tant que piézoélectriques. L’équipe de recherche, dirigée par le professeur agrégé Quek Su Ying du département de physique de l’Université nationale de Singapour, a effectué une telle recherche systématique sur une base de données de 2 940 matériaux de van der Waals en couches à l’aide de calculs de premiers principes à haut débit. Parmi les 2 940 matériaux, l’équipe a identifié 109 matériaux qui présentent des effets piézoélectriques sous forme monocouche. Parmi ces matériaux, une dizaine d’entre eux présentent des coefficients piézoélectriques exceptionnellement élevés, les plus élevés étant ceux du NbOI2. Les matériaux à coefficients piézoélectriques élevés donnent généralement de meilleures piézoélectriques.

Les performances piézoélectriques exceptionnelles du NbOI2 se reflète dans son facteur de couplage électromécanique prédit, qui a la valeur unitaire maximale possible dans ce matériau. L’équipe de recherche a isolé le NbOI avec quelques couches2 cristaux et effectué des études au vibromètre à balayage laser sur NbOI en vrac et en quelques couches2 cristaux pour mesurer leur réponse piézoélectrique. Ils ont trouvé que NbOI2 ont montré une réponse piézoélectrique beaucoup plus grande que les matériaux de référence dans les échantillons en vrac et à quelques couches.

NbOI2 appartient à la famille des oxyhalogénures de niobium (NbOX2: X = Cl, Br, I) qui ont de grands coefficients piézoélectriques. Les chercheurs ont examiné de plus près cette famille de matériaux et ont découvert que NbOX2 a une polarisation ferroélectrique intrinsèque puisque sa structure cristalline n’est pas symétrique dans la direction x). Fait intéressant, les coefficients piézoélectriques sont les plus élevés pour NbOI2tandis que la polarisation ferroélectrique est la plus grande pour NbOCl2.

Le professeur Quek a déclaré : « La classe de NbOX2 Les matériaux ont un grand potentiel d’applications. Nos travaux ont montré qu’un de ses membres, NbOI2, avaient les meilleures performances piézoélectriques parmi les 2 940 matériaux de notre étude. De plus, nous avons constaté que ses performances piézoélectriques sont indépendantes de l’épaisseur. Ceci est différent d’autres piézoélectriques 2D tels que le bisulfure de molybdène où la piézoélectricité est absente lorsqu’il y a un nombre pair de couches. L’indépendance de l’épaisseur de la piézoélectricité dans NbOX2 est pour les applications pratiques où le contrôle de l’épaisseur du matériau peut être particulièrement difficile. »


L’étude remet en question les notions standard sur la piézoélectricité dans les cristaux ferroélectriques


Plus d’information:
Yaze Wu et al., Découverte sur les données du NbOI2 piézoélectrique de van der Waals en couches hautes performances, communication nature (2022). DOI : 10.1038/s41467-022-29495-y

Fourni par l’Université nationale de Singapour

Citation: Data-driven discovery of NbOI2 as a high performance layered piezoelectric (2022, August 5), récupéré le 5 août 2022 sur https://phys.org/news/2022-08-data-driven-discovery-nboi2- high layered . html

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