مطالعه خواص كشساني و پيزوالكتريكي مواد دوبعدي شش گوشي تركيبات دوتايي عناصر گروه III-V بر اساس محاسبات اصول اوليه

Study of elastic and piezoelectric properties of two-dimensional hexagonal III-V binary compounds: First-principles calculations

در اين پژوهش، با استفاده از روش امواج تخت در چارچوب نظريه تابعي چگالي، ضرايب مستقل كشساني، تنش و كرنش پيزوالكتريك در دو حالت يون منجمد و يون واهلش براي هفت مورد از تركيبات دو بعدي پايدار XY (X:B,Al,Ga,In ; Y:N,P,As,Sb) با ساختار شش گوشي محاسبه شدهاند. محاسبات ضرايب از روشهاي نظريه تابعي چگالي اختلالي(DFPT) و تغييرات معين (FD) با توافق بسيار خوب صورت گرفته است. در نتايج نشان داده شده است كه هفت تركيب GaN, AlN, BSb, BAs, BP, BN و InN ساختاري لانه زنبوري و قطبيده دارند و اين دسته از مواد به دليل تقارن سه گانه فقط داراي دو ضريب مستقل كشساني و يك ضريب مستقل تنش يا كرنش پيزوالكتريك ميباشند. از ميان هفت مورد، بيشترين ضرايب كرنش پيزوالكتريك در حالت يون واهلش براي AlN با ضريب d11=3.05 pm/V و InN با ضريب d11=7.01 pm/V برآورد شده است. اين گروه از مواد دوبعدي قطبيده كه به طور همزمان داراي خاصيت نيمرسانايي و پيزوالكتريكي هستند، كانديداي خوبي براي كاربرد در شاخه جديد نانوتكنولوژي به نام نانوپيزوترونيك مي باشند.

In this work, using plane wave method in the framework of density-functional theory, we calculated clamped-ion and relaxed-ion elasticity, stress and strain piezoelectric independent coefficients for seven stable combinations of honeycomb monolayers XY (X:B,Al,Ga,In ; Y:N,P,As,Sb). The coefficients calculations by two methods of density functional perturbation theory (DFPT) and finite difference (FD) have been done with very good agreement. The results showed that seven combined BN, BP, BAs, BSb, AlN, GaN and InN have honeycomb structure and polarized, and because of the 3m point-group symmetry in this class of 2D materials only exhibit two independent elasticity coefficients and one independent stress or strain piezoelectric coefficient. Among the seven combinations, the highest relaxed-ion piezoelectric coefficients calculated for AlN(d11=3.05 pm/V) and InN (d11=7.01 pm/V) .The group of 2D polarized materials that exhibit simultaneously piezoelectric and semiconducting properties are good candidates for use in the new branch of nanotechnology called nanopiezotronics.