Coexistence of intrinsic piezoelectricity and ferromagnetism induced by small biaxial strain in septuple-atomic-layer $\mathrm{VSi_2P_4}$
与实验合成的$\mathrm{MoSi_2N_4}$具有相同结构的七原子层$\mathrm{VSi_2P_4}$被预测为无自旋带隙半导体（SGS）。在这项工作中，双轴应变被施加到$\mathrm{VSi_2P_4}$的电子性质的调整，它跨越了广泛的性质时，增加应变从铁磁金属（FMM）到SGS到铁磁半导体（FMS）到SGS到铁磁半金属（FMHM）。由于反转对称性破缺，在0 ~ 4%的应变范围内，FMS $\mathrm{VSi_2P_4}$可以实现铁磁和压电的共存。计算得到的1%、2%和3%应变下的压电应变系数$d_{11}$分别为4.61 pm/V、4.94 pm/V和5.27 pm/V，均大于或接近体相压电材料的典型值5 pm/V。最后，与$\mathrm{VSi_2P_4}$类似，可以通过$\mathrm{VSi_2N_4}$单层中的应变实现压电性和铁磁性的共存。我们的工作表明FMS相的$\mathrm{VSi_2P_4}$具有固有的压电性能，在自旋电子器件中具有潜在的应用。
2020-09-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Low temperature and high magnetic field performance of a commercial piezo-actuator probed $via$ laser interferometry
在扫描探针显微镜，扫描隧道光谱，点接触光谱和点接触Andreev反射光谱领域的进展，以研究常规和量子材料在低温条件下的性质，促进了纳米定位器和纳米扫描仪的发展，提高了空间分辨率。压电致动器叠层作为具有工作冲程$>100~μ\mathrm{m}$和定位分辨率$\sim$（1-10）nm的纳米定位器对于基础研究和工业应用都是期望的。然而，大多数商业压电致动器在低温环境中和在超过5 T的磁场存在下的性能的信息通常是不可用的。特别地，在低温下压电位移的幅度、速率和相关滞后是确定特定压电致动器是否可以用作纳米定位器的最相关参数。在这里，设计和实现的实验装置的基础上的干涉技术，以表征商业压电致动器的温度范围内的$2~\mathrm{K}\leq{T}\leq260~\mathrm{K}$和磁场高达6\，T。所研究的压电驱动器在室温下的最大位移为$30~μ\mathrm{m}$，最大驱动电压为75 V，在$T=2\,\mathrm{K}$下，其减小为$1.2~μ\mathrm{m}$，绝对滞后为$\left(9.1\pm3.3\right)~\mathrm{nm}$。示出的磁场的压电性能的研究压电致动器堆栈上没有实质性的影响。
2020-10-22 cond-mat.mtrl-sci
Origin of Negative Longitudinal Piezoelectric Effect
具有负纵向压电系数的压电体将在所施加的电场的方向上收缩。这样的压电体被认为是罕见的，但是没有基本的物理学阻止在单相材料中实现负纵向压电效应。利用第一性原理计算，我们证明了几种六角$ABC$铁电体具有显著的负纵向压电效应。基于第一性原理的压电数据库的数据挖掘表明，这种效应是一种普遍现象。这种不寻常的压电响应的起源依赖于与小有效电荷和刚性势能面相关的强离子键。此外，具有负纵向压电系数的铁电体显示出异常的压力增强铁电性。我们的研究结果提供了设计原则，以帮助寻找新的压电新的机电设备的应用。
2017-08-24 cond-mat.mtrl-sci
First-principles calculation of the piezoelectric tensor d of III-V nitrides
我们报告直接的第一性原理密度泛函计算的压电张量$\tensor{d}$相关的极化施加应力的二元化合物AlN，GAN，和InN。$\tensor{d}$的值是相当敏感的交换相关功能的选择，结果都提出了局部密度和梯度近似。与实验和预测值间接从弹性和e-piezoconstant张量的比较。
2002-02-27 cond-mat.mtrl-sci
First principles study of strain/electronic interplay in ZnO; Stress and temperature dependence of the piezoelectric constants
我们提出了一个第一性原理研究的应力，温度和压电ZnO的电子性质之间的关系。我们的方法是密度泛函理论和密度泛函线性响应在局域密度近似下的平面波赝势实现。我们观察到显着的变化时，材料的压电和介电常数被扭曲。这种应力依赖性是O $2p$和Zn $3d$电子之间强的、键长依赖性的杂化的结果。我们的研究结果表明，可以通过控制ZnO的晶格常数，例如通过在适当的衬底上外延生长，来实现对特定器件应用的压电性能的微调。
2000-07-12 cond-mat.mtrl-sci
Symmetry and Piezoelectricity: Evaluation of $α$-Quartz coefficients
根据Neumann原理，用Fumi、Landau-Lifshitz和Royer-Dieulesaint三种不同的方法从对称性角度推导了$α$ -Quartz的压电系数。虽然Fumi方法是繁琐的和Landau-Lifshitz需要额外的物理原理来评估压电系数，Royer-Dieulesaint是最优雅和最有效的三种技术。
2017-04-01 cond-mat.mtrl-sci
Piezoelectric properties of graphene oxide from the first-principles calculations
氧化石墨烯（GO）的一些高度有序的化合物，例如，通过第一原理密度泛函计算，示出了所谓的夹紧和拉开的GO具有压电响应。通过施加垂直于GO基面的电场，发现面内应变和应变压电系数d31的最大值分别为0.12%和0.24 pm/V，这与一些先进的压电材料相当。一个深入的分子结构分析表明，在夹紧GO的氧掺杂区域的变形占主导地位的整体应变输出，而在解压缩的GO没有氧掺杂剂的区域的变形决定了其整体的压电应变。这种理解解释了观察到的d31对氧掺杂率的依赖性，即，更高的氧浓度在夹紧的GO中产生更大的d31，而在拉开的GO中导致减小的d31。作为最薄的二维压电材料，GO在MEMS/NEMS致动器和传感器方面具有很大的应用潜力。
2014-04-06 cond-mat.mtrl-sci
Piezoelectric quantum spin Hall insulator VCClBr monolayer with pure out-of-plane piezoelectric response
压电量子自旋霍尔绝缘体（piezoelectric quantum spin Hall insulator，PQSHI）是一种将压电与非平凡拓扑绝缘相相结合的二维系统，是探索新型拓扑态、发展高速无耗散电子器件的一个重要方向。在这项工作中，我们预测PQSHI Janus单层VCClBr构造从$\mathrm{VCCl_2}$，这是动态，机械和热稳定。在没有自旋轨道耦合（SOC）的情况下，VCClBr是一种窄禁带半导体，禁带宽度为57 meV，这与狄拉克半金属$\mathrm{VCCl_2}$不同。VCClBr的带隙是由于上下原子层不对称而产生的内建电场所致，$\mathrm{VCCl_2}$的外电场诱导带隙进一步证实了这一点。当包括SOC时，VCClBr的能隙提高到76 meV，这大于室温的热能（25 meV）。VCClBr是一个二维拓扑绝缘体（TI），$Z_2$拓扑不变量和非平凡的一维边缘态证实了这一点.证明了VCClBr的非平凡拓扑性质对应变（双轴和单轴情况）和外部电场具有鲁棒性。由于水平镜像对称性的破坏，当施加双轴或单轴面内应变时，只能观察到面外压电响应。预测的压电应变系数$d_{31}$和$d_{32}$分别为-0.425 pm/V和-0.219 pm/V，高于或与许多二维材料的压电应变系数相比。最后，我们构造了另外两个动力学不稳定的Janus单层VCFBr和VCFCl，它们…
2022-06-05 cond-mat.mtrl-sci
First-principles Study on Piezoelectricity and Spontaneous Polarization in Bi(Fe,Co)O3
固溶体BiFe_（1-x）Co_xO_3同时表现出反铁磁有序和热释电有序。已经知道，BiFe 1-xCoxO 3随着x的增加呈现出在单斜相和四斜相之间的结构相变。这种类型的转变通常被称为morphotoropic相边界，这是众所周知的发生在一个代表性的压电氧化物，PbZr 1-xTixO 3。为了从理论上理解BiFe_（1-x）Co_xO_3的压电性质，我们采用超原胞方法，对BiFe_（1-x）Co_xO_3的电子结构进行了从头计算，研究了其结构稳定性、磁性和电子极化.结果表明，大的电极化的强度和特殊的锥配位抑制了应变下的电极化的强度响应。提出了一种提高BiFe_（1-x）Co_xO_3压电效应的方法。
2020-02-16 cond-mat.mtrl-sci
Temperature-dependent dielectric and piezoelectric response of ferroelectrics from first principles
基于第一性原理的有效哈密顿量的基础上，用于计算的介电和压电响应的温度依赖性的方法进行说明。结果提出的铁电钙钛矿PbTiO 3。虽然该方法只包括软模式的贡献的响应，它被认为是一个很好的描述的发散或近发散的响应函数附近的ε-tetraxylase过渡。的响应函数的表达式中的关联函数是用来提供一个真实的空间解释的响应，明确区分PbTiO 3和相关材料钛酸钡和KNbO 3。
1998-04-06 cond-mat.mtrl-sci
Intrinsic room-temperature piezoelectric quantum anomalous hall insulator in Janus monolayer $\mathrm{Fe_2IX}$ (X=Cl and Br)
具有压电性、拓扑性和铁磁性（FM）阶的二维（2D）材料，即2D压电量子反常霍尔绝缘体（PQAHI），可能为实现新的物理和应用开辟新的机会。本文通过第一性原理计算，预测了一类具有动态、机械和热稳定性的二维Janus单分子层$\mathrm{Fe_2IX}$（X=Cl和Br）为室温PQAHI。在没有自旋轨道耦合（SOC）时，单层$\mathrm{Fe_2IX}$（X=Cl和Br）是半狄拉克半金属态.当包括SOC时，这些单层成为具有相当大的间隙（超过200 meV）和两个手性边缘模式（陈数C=2）的量子反常霍尔（QAH）状态。研究还发现，单层$\mathrm{Fe_2IX}$（X=Cl和Br）具有强大的QAH状态对双轴应变。通过对称性分析，发现基面内的单轴应变只能引起平面外的压电响应。计算出的$\mathrm{Fe_2ICl}$的平面外$d_{31}$（$\mathrm{Fe_2IBr}$）为0.467 pm/V（0.384 pm/V），其高于或与其它2D已知材料的平面外$d_{31}$相当。同时，利用Monte Carlo（MC）模拟，估算了单层$\mathrm{Fe_2ICl}$ / $\mathrm{Fe_2IBr}$在FM基态的居里温度$T_C$为429/403 K，高于室温。最后，研究了电子关联与非平凡能带拓扑的相互作用，证实了QAH态的鲁棒性。压电性、拓扑性和FM阶数的结合使…
2021-05-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
First-principles study of (BiScO3){1-x}-(PbTiO3){x} piezoelectric alloys
本文报道了Eitel等人最近提出的一类（BiScO_3）_{1-x}-（PbTiO_3）_x（BS-PT）合金的第一性原理研究。我们发现（i）BS-PT在准同型相界（MPB）处显示出非常大的结构畸变和极化（我们得到c/a约为1.05-1.08，P_tet约为1.1 C/m^2）;（ii）BS-PT的铁电和压电性能主要由Bi/Pb-6p和O-2 p轨道之间的杂化开始决定，一种机制，是增强后取代的Pb由Bi;和（iii）的压电响应的BS-PT和Pb（Zr_{1-x} Ti_x）O3（PZT）在MPB是可比的，至少就计算值的压电系数d_15的关注。虽然我们的结果与实验基本一致，但它们也表明BS-PT的某些固有性质可能比迄今为止的实验所表明的更好。我们还讨论了PZT的结果，表现出突出的作用所发挥的铅位移在其压电性能。
2003-05-05 cond-mat.mtrl-sci
First-Principles Bulk-Layer Model for Dielectric and Piezoelectric Responses in Superlattices
在第一性原理体层模型中，超晶格结构和极化由绝缘超晶格中组分对电和机械边界条件的体响应的第一性原理计算确定。在这项工作中，该模型扩展到预测功能特性，特别是介电常数和压电响应。对PbTiO $_3$ /BaTiO $_3$、BaTiO $_3$ /SrTiO $_3$和PbTiO $_3$/SrTiO $_3$三组钙钛矿氧化物超晶格的体层模型和全第一性原理计算进行了详细的比较。体层模型给出了一个很好的第一近似这些重要的功能特性，并允许识别和调查额外的物理，包括界面重建和有限尺寸效应。在生成必要的数据的组成化合物的技术问题得到解决。这些结果形成了一个强大的数据驱动的方法，以促进发现和设计的超晶格系统与增强和可调的极化，介电常数和压电响应的基础。
2018-09-13 cond-mat.mtrl-sci
First Principles Theories of Piezoelectric Materials
压电体的研究一直使用参数化模型拟合实验数据，从1954年德文郡的工作开始。使用这种方法已经学到了很多东西，但是如果材料的性质没有得到很好的理解，它们也可以错过主要的现象，例如认识到低对称性单斜相在morphotropic相边界周围是常见的，这是由低阶Devonshire模型错过的，并且只能出现在高阶模型中。在过去的15年里，一种新的方法已经开发出来，使用第一原理计算，基于基础物理学，除了所需的化学（核电荷）之外没有必要的实验输入。第一性原理理论为铁电行为和压电性质的起源奠定了基础。理论可获得的性质范围继续扩大，预测的准确性也在不断提高。我们正朝着通过计算来设计具有所需特性的材料的能力迈进。在这里，我们的压电材料的行为和能力的理解的一些基本发展预测范围广泛的性能，使用理论方法进行审查。
2007-02-28 cond-mat.mtrl-sci
A possible way to achieve anomalous valley Hall effect by piezoelectric effect in $\mathrm{GdCl_2}$ monolayer
铁谷材料可以通过其固有的铁磁性引入的固有自发谷极化来实现谷自由度的操纵。一种好的铁谷材料应该具有垂直磁各向异性（PMA）、谷点处的价带最大值（VBM）/导带最小值（CBM）、强铁磁（FM）耦合和适当的谷分裂。在这项工作中，单层$\mathrm{GdCl_2}$提出作为一个潜在的候选材料的valleytronic应用的第一性原理计算。证明了单层$\mathrm{GdCl_2}$是一种FM半导体，其易磁化轴沿面外方向，具有很强的FM耦合。由于其固有的铁磁性和自旋轨道耦合（SOC），产生了一个自发的谷极化与谷分裂为42.3 meV。尽管无应变单层$\mathrm{GdCl_2}$的VBM远离谷点，但很小的压应变（约1%）就能使VBM向谷点移动。提出了一种利用压电效应而不是外加电场在单层$\mathrm{GdCl_2}$中实现反常谷霍尔效应的可能途径，即压电反常谷霍尔效应（PAVHE）。这种现象可以归类为压电谷电子学，类似于压电电子学和压电光电子学。唯一的独立压电应变系数$d_{11}$为-2.708 pm/V，这与经典的块状压电材料$α$ -石英的压电应变系数（$d_{11}$ =2.3 pm/V）相当。考虑了双轴面内应变和电子关联效应，证实了我们结果的可靠性。最后，单层$\mathrm{GdF_2}$被预测为铁谷材料，具有动态和机械稳定性，PMA，在谷点的VBM，强FM耦合，谷分裂为4…
2021-09-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
First-principles study of high-field piezoelectricity in tetragonal PbTiO3
我们从第一性原理计算的情况下，极化增强电场沿四极轴施加的铁电PbTiO 3的非线性压电响应。我们主要集中在固定的面内晶格常数的情况下，对应于外延约束的薄膜。我们发现，c/a比的电场的依赖关系几乎是线性的范围内高达500 MV/m，几乎没有饱和。这一结果与预期的兰道-德文郡的方法的基础上获得的实验结果在较低的领域，但在定性协议与最近的实验中，更高的领域，使用脉冲场的方法。我们还研究的情况下，在平面外延约束被删除，或施加人工负压，或两者兼而有之。这些计算表明，PbTiO 3可以显示出显着的非线性压电响应下修改的弹性边界条件。
2009-10-01 cond-mat.mtrl-sci
Molecular Beam Epitaxy of Al$\mathrm{_{1-x}}$Sc$\mathrm{_{x}}$N Nanowires: Towards Group-III Nitride Piezoelectric Nanogenerators with Enhanced Response
Universit\'e Grenoble Alpes, CNRS, Grenoble INP, Institut N\'eel, 38000 Grenoble, France；Universit\'e Côte d’Azur, CRHEA, CNRS, 06905 Sophia-Antipolis Cedex, France
本研究通过分子束外延制备Al$_{1-x}$Sc$_{x}$N纳米线，将其集成到压电纳米发电机中，实现比体相AlN更高的压电响应，并通过有效介质建模提出高效能量收集器的设计原理。
2026-07-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Revisit the phase diagram and piezoelectricity of lead zirconate titanate from first principles
该研究利用机器学习深度势模型模拟PZT，重现相图并阐明MPB处铁电纳米畴的极化旋转驱动高压电响应。
2023-12-21 cond-mat.mtrl-sci
Dielectric, piezoelectric, and elastic properties of BaTiO$_3$/SrTiO$_3$ ferroelectric superlattices from first principles
采用第一性原理密度泛函理论研究了外延应变对（001）取向铁电（BaTiO $_3$）$_m$ /（SrTiO $_3$）$_n$超晶格（$m = n = {}$ 1-4）声子谱、晶体结构、自发极化、介电、压电和弹性性质的影响.自支撑超晶格的基态是单斜$Cm$极性相。在面内双轴压应变下，转变为四元$P4mm$极性相;在面内双轴拉伸应变下，转变为正交$Amm2$极性相。当改变面内晶格参数时，在极性相之间的边界处出现几种光学和声学模式的软化，并且介电、压电和弹性张量的相应分量临界发散。用两种特殊的准无规结构SQS-4模拟了无序Ba $_{0.5}$ Sr $_{0.5}$ TiO $_3$固溶体的混合焓，并与超晶格的混合焓进行了比较，揭示了BaTiO $_3$ -SrTiO $_3$体系向短程有序化的趋势，表明这些超晶格是相当稳定的.
2016-07-07 cond-mat.mtrl-sci
Large piezoelectric coefficients combined with high electron mobilities in Janus monolayer XTeI (X=Sb and Bi): a first-principle study
由于自旋轨道耦合（SOC）和反对称性和面外镜像对称性的缺乏，可以诱导新的电子和压电性能。本文采用密度泛函理论研究了Janus单层XTeI（X=Sb和Bi）的压电性质和载流子迁移率。用广义梯度近似（GGA）和自组织碳（SOC）方法，发现它们是具有Rashba自旋分裂的间接带隙半导体。用密度泛函微扰理论（DFPT）研究了Janus单分子膜XTeI（X=Sb和Bi）的压电张量.由于Janus单层XTeI既不具有反转对称性，又不具有面外镜像对称性，（X=Sb和Bi），可以观察到面内和面外压电效应，并预测了大的压电系数（例如，对于SbTeI，$d_{11}$ =12.95 pm/V，对于BiTeI，$d_{11}$ =8.20 pm/V），其与许多其它二维（2D）材料和其它公知的体压电材料的压电系数相当，甚至更高，特别是对于面外压电系数。在GGA+SOC的情况下，BiTeI的电子迁移率最高可达1319 $\mathrm{cm^2V^{-1}s^{-1}}$ .载流子迁移率在电子和空穴/扶手椅方向和Z字形方向上表现出明显的各向异性。结果表明，拉伸应变可以提高Janus单层XTeI（X=Sb和Bi）的压电系数$d_{11}$.例如，在4%应变下，SbTeI（BiTeI）的$d_{11}$高达20.12 pm/V（11.48 pm/V），而未应变时为12.95 pm/V（8.20 pm/V）。我们…
2019-10-22 cond-mat.mtrl-sci
First-principles prediction of structure, energetics, formation enthalpy, elastic constants, polarization, and piezoelectric constants of AlN, GaN, and InN: comparison of local and gradient-corrected density-functional theory
采用平面波超软赝势方法，在交换相关泛函的LDA（局域密度）和GGA（广义梯度）近似下，从密度泛函理论中的第一性原理预测了氧化锌和纤锌矿III-V族氮化物AlN、GAN和InN的许多不同的体性质。除了结构和凝聚力，我们还研究了形成hoppies（预测缺陷溶解度和表面稳定性的关键成分），自发极化和压电常数（纳米结构建模的中心参数）和弹性常数。我们的研究证实了这两种密度泛函方法在描述III-V族氮化物（以及母种N $_2$、Al、Ga和In）的不同性质方面的相对优点，并使我们得出结论，与高精度技术（如多投影仪超软赝势或现代全电子方法）相关联的GGA近似在III-V族氮化物的研究中是优选的。
2000-11-25 cond-mat.mtrl-sci
Janus monolayer ScXY (X$\neq$Y=Cl, Br and I) for piezoelectric and valleytronic application: a first-principle prediction
本研究通过第一性原理预测Janus ScXY单层是兼具动力学、力学和热稳定性的面内压电铁磁半导体，可通过空穴掺杂调控磁化方向获得自发谷极化，为压电和谷电子器件设计提供新方向。
2023-03-20 cond-mat.mtrl-sci
Interfacial effect on the optoelectronic and piezoelectric properties of Ge-Sn terminated Halide Perovskite heterostructure from first-principles study
本研究通过第一性原理计算分析了Ge-Sn终止卤化物钙钛矿异质结的界面效应，揭示其优异的光电子和压电性能。
2025-12-11 cond-mat.mtrl-sci
First-principles study of infrared, Raman, piezoelectric and elastic properties of Mg-IV-N\textsubscript{2} (IV = Ge, Si, Sn)
Case Western Reserve University（凯斯西储大学）
研究Mg-IV-N₂化合物的振动模式、压电张量和弹性合规张量，分析其红外和拉曼光谱特性及弹性质。
2026-04-16 cond-mat.mtrl-sci
First-Principles Investigation of Auxetic Piezoelectric Effect in Nitride Perovskites
本研究通过第一性原理计算发现六种氮化物钙钛矿ABN3中除ScMoN3外均表现出拉胀压电效应，其异常正横向压电系数源于正内部应变贡献，为设计新型拉胀压电材料提供了新组分空间。
2025-03-28 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Unraveling the electronic, vibrational, thermodynamic, optical and piezoelectric properties of LiNbO$_3$, LiTaO$_3$ and Li$_2$NbTaO$_6$ from first-principles calculations
本研究通过第一性原理计算，系统揭示了LiNbO$_3$、LiTaO$_3$和Li$_2$NbTaO$_6$的电子、光学与压电性质，发现离子位移导致的相变及高自发极化可增强压电和光学性能。
2025-03-26 cond-mat.mtrl-sci
Half-Heusler semiconductors as piezoelectrics
材料科学的核心挑战之一是设计功能和多功能材料，其中施加的场和应力产生大的响应。这种材料的合理设计的一个快速发展的范例是基于一个大的材料家族的第一性原理研究，钙钛矿氧化物是典型的情况。具体而言，结构和性质的第一性原理计算被用来探索感兴趣的功能性质的微观起源，并搜索平衡和亚稳相的大空间，以确定有前途的候选系统。在本文中，我们使用第一性原理的合理设计方法来证明半导体半Heusler化合物作为一个以前未被认识的一类压电材料，并提供指导的实验实现和进一步研究的高性能材料适合于实际应用。
2012-06-20 cond-mat.mtrl-sci
Exceptional piezoelectricity, high thermal conductivity and stiffness and promising photocatalysis in two-dimensional MoSi2N4 family confirmed by first-principles
化学气相沉积最近被用于制造厘米级高质量单层MoSi 2N 4（Science; 2020;369; 670）。受这一令人兴奋的实验进展的启发，本文中，我们进行了广泛的基于第一性原理的模拟，以探索MA 2 Z4（M = Cr，Mo，W; A = Si，Ge; Z = N，P）单分子膜的稳定性，机械性能，晶格热导率，压电和挠曲电响应，以及光催化和电子特性。所考虑的纳米片被发现表现出动态稳定性和显着高的机械性能。此外，它们表现出不同的电子性质，从反铁磁金属半金属和半导体的带隙范围从0.31至2.57 eV。在所研究的纳米片中，MoSi 2N 4和WSi 2N 4单层产生适当的带边位置，高的电子和空穴迁移率，以及强的可见光吸收，在光电子学和光催化水分解中具有很好的应用前景。MoSi 2N 4和WSi 2N 4单层也被预测显示出非常高的晶格热导率，分别为440和500 W/mK。我们首次表明，在小型超晶胞上训练的机器学习原子间势可以用来研究复杂结构的挠曲电和压电特性。作为最令人兴奋的发现，WSi 2N 4，CrSi 2N 4和MoSi 2N 4被发现表现出最高的压电系数，优于所有其他已知的2D材料。我们的研究结果强调，MA 2 Z4纳米片不仅毫无疑问优于过渡金属二硫属化物家族，而且可以与石墨烯竞争纳米电子，光电，能量存储/转换和热管理系统的应用。
2020-12-29 cond-mat.mtrl-sci
Surface Piezoelectricity of (0001) Sapphire
蓝宝石的界面具有技术相关性，因为蓝宝石用作电子器件、激光器和用于量子器件的约瑟夫森结中的衬底。此外，其表面在催化方面具有潜在的用途。使用第一性原理计算，我们表明，与体蓝宝石具有反转对称性，（0001）蓝宝石表面是压电的。在表面的固有的对称性破缺导致表面偶极子和施加的应变的显着响应：表面压电的幅度是可比的散装压电。
2019-04-30 cond-mat.mtrl-sci
Unveiling the Direct Piezoelectric Effect on Piezo-phototronic Coupling in Ferroelectrics: First Principle Study Assisted Experimental Approach
本研究以钛酸铋钠为对象，结合实验与第一性原理计算，阐明铁电体中自发极化与压电极化对压电-光电子耦合的作用，揭示纳米纤维因高柔韧性带来更高压电应变系数，从而提升压电-光催化性能的机制。
2024-05-16 cond-mat.mtrl-sci
Piezoelectric ferromagnetism in Janus monolayer YBrI: a first-principle prediction
本征铁磁性和压电性的共存，即压电铁磁性（PFM），是发展多功能自旋电子技术的关键。在这项工作中，我们证明了Janus单层YBrI是一个PFM，这是动态，机械和热稳定。采用广义梯度近似+$U$（GGA+ $U$）方法研究了电子相关效应对YBrI物理性质的影响.对于面外磁各向异性，YBrI是铁谷（FV）材料，并且谷分裂在考虑的$U$范围内大于82 meV。在面内电场作用下，可以实现反常谷霍尔效应。然而，对于面内磁各向异性，YBrI是常见的铁磁（FM）半导体。当考虑内禀磁各向异性时，YBrI的易磁化轴总是在面内，磁各向异性能（MAE）从0.309 meV到0.237 meV（$U$ =0.0 eV到3.0 eV）。然而，外加磁场可以将磁化强度从面内方向调整到离面方向，从而导致谷极化的发生。此外，随着镜像对称性破缺的中心对称性的缺失，在YBrI单分子膜的平面和平面外的压电性。在典型的$U$ =2.0 eV时，预测$d_{11}$为-5.61 pm/V，其高于或与其它二维（2D）已知材料相比。通过施加双轴应变可以有效地调节YBrI的电子和压电性质。例如，拉伸应变可以增强谷分裂和$d_{11}$（绝对值）。预测的YBrI的居里温度高于实验合成的二维铁磁材料$\mathrm{CrI_3}$和$\mathrm{Cr_2Ge_2Te_6}$的居里温度。
2022-04-14 cond-mat.mtrl-sci
Enhancement of piezoelectricity in a mixed ferroelectric
我们使用第一性原理密度泛函的总能量和极化计算计算的压电张量在零温度下的立方和简单的四阶有序的Pb_3GeTe_4的超晶胞。最大的压电系数为tetraveletron配置增强了约3倍，相对于立方配置。这可以归因于两个较大的应变引起的运动的阳离子相对于阴离子和更高的玻恩有效电荷的情况下，在tetraorthane。正常模式分解表明，阳离子有序和局部弛豫削弱铁电不稳定性，提高压电性。
1997-12-18 cond-mat.mtrl-sci
Piezoelectricity in the dielectric component of nanoscale dielectric/ferroelectric superlattices
复合氧化物超晶格的功能性质的起源可以使用时间分辨同步加速器X射线衍射来解决，以从组成重复单元的组分层的贡献。CaTiO 3/BaTiO 3超晶格的CaTiO 3层对施加的电场具有压电响应，这与整个超晶格的大的连续极化一致。在大的应变，54 pm/V的整体压电系数，同意与第一原理的预测，其中的钛酸锶基板上施加的超晶格的tetrahetron对称性。
2010-05-09 cond-mat.mtrl-sci
Tuning pure out-of-plane piezoelectric effect of penta-graphene: a first-principle study
对于二维（2D）材料，一个纯粹的大的平面外的压电响应，兼容当今的底/顶栅技术，是非常需要的。采用密度泛函理论研究了五元石墨烯（CCC）单分子膜的压电特性。然而，$d_{36}$是非常小的，只有-0.065 pm/V。提出了两种策略，以提高CCC单分子膜的压电性能。首先，在双轴和单轴两种应变条件下，应变的增加量都很小，在双轴应变为-2%（单轴应变为-4%）时，$d_{36}$仅增加了3.1%（13.9%）。其次，用B（C）原子取代五角形$\mathrm{CB_2}$单层（CBB）中的C（B）原子层，得到了一个具有动力学和力学稳定性的Janus五单层（CCB）。幸运的是，CCB单层的纯面外压电效应仍然存在，并表现出带隙。计算的$d_{31}$和$d_{32}$分别为-0.505 pm/V和0.273 pm/V，这比CCC单层的$d_{36}$大得多。CCB单层膜的面外压电性$d_{31}$明显高于许多已知的二维材料。此外，其沿y方向的室温电子迁移率高达8865.23 $\mathrm{cm^2V^{-1}s^{-1}}$。我们的工作提供了一种新的方法来实现纯粹的离面压电效应，这是非常理想的压电器件。
2019-11-08 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
First-principles discovery of stable two-dimensional materials with high-level piezoelectric response
由于二维压电材料在传感器技术、致动装置、能量收集和医疗应用等技术应用中的日益广泛的应用，二维压电材料的合理设计最近引起了人们极大的兴趣。迄今为止，已经报道了几种具有高压电响应的材料，但尚未进行高通量的第一性原理方法来估计层状材料的压电电位。本研究采用第一性原理方法系统地研究了128种二维半导体材料的压电（$e_{11}$，$d_{11}$）和弹性（C $_{11}$和C $_{12}$）性质。我们的高通量方法表明，含有\textrm{V}族元素的材料产生显著高的压电应变常数，$d_{11}$ $>$ 40 pmV $^{-1}$，并且所考虑的材料中的49种具有高于MoS $_{2}$的$e_{11}$系数，因为BrSSb具有最大的$d_{11}$之一，其值为373.0 pmV $^{-1}$。此外，我们建立了一个简单的经验模型，以估计$d_{11}$系数，利用相对离子运动的单位电池和极化率的个别元素的化合物。
2020-09-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
A first principles study of wurtzite-structure MnO
我们提出了一个密度泛函理论的研究结果MnO的纤锌矿结构。我们的动机是提供了最近的实验报道Mn掺杂的纤锌矿结构ZnO的铁磁性。我们发现纤锌矿MnO a）与基态的岩盐MnO相比，在能量上并没有强烈的不利影响，b）表现出很强的磁结构耦合，c）具有比ZnO更大的压电响应。这些预测预示着基于Mn掺杂ZnO的铁磁压电半导体的产生。
2003-11-24 cond-mat.mtrl-sci
First-principles study of the phase competition, mechanical and piezoelectric properties of pseudo-binary (SiC)(AlN) alloy
本研究通过第一原理方法研究伪二元(SiC)(AlN)合金的相竞争、机械和压电性质，分析其在BAW滤波器中的性能。
2025-12-11 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci
Large Piezoelectric Response of van der Waals Layered Solids
通过压电模量张量（\textbf{d}）测量的体压电响应由应变引起的电荷再分布和施加应力（刚度）产生的应变量的组合确定。受刚性较小的材料可以表现出大的压电响应的概念的启发，在这里，我们研究了范德华键合准二维离子化合物的压电模量使用第一性原理计算。从869个已知的二元和三元准二维材料的池，我们已经确定了135个非中心对称的晶体，其中48个系统被发现有\textbf{d}组件大于纵向压电模量的AlN（一种常见的压电谐振器），和三个系统的响应大于PbTiO $_3$，这是其中的材料与最大的已知压电模量。以前没有考虑过用于压电应用的已识别材料。此外，我们发现，大的\textbf{d}组件总是耦合到层之间的范德华“间隙”的变形（剪切或轴向），并确实使弱层内相互作用。
2018-04-29 cond-mat.mtrl-sci
Piezoelectric properties of substitutionally doped $β$-Ga$_2$O$_3$
现代半导体材料越来越多地用于多学科系统中，展示了机械应变和电子势之间的交叉相互作用，这使得高灵敏度，自供电传感器设备中的应用无处不在。这种半导体材料表现出压电性能的基本前提之一是晶体结构的非中心对称性。$β$ -Ga $_2$ O $_3$由于其超宽带隙而成为一种新兴的化合物半导体材料。然而，原始的$β$ -Ga $_2$ O $_3$具有反转中心，没有显示出压电效应.本工作利用第一性原理方法发现，替位掺杂的$β$ $_2$ O $_3$具有压电性质，而以往对其替位掺杂的研究主要集中在提高电导率和形成半导体异质结方面。更有趣的是，它是从这项工作揭示了形成能有一个明确的关系与压电系数。
2021-06-03 cond-mat.mtrl-sci
Piezoelectric properties of II-IV/I-V and II-IV/III-III ferroelectric perovskite superlattices
从第一性原理出发，研究了具有极性不连续的11种铁电钙钛矿超晶格中高对称性$P4mm$极性相的稳定性。在大多数超晶格中，该相表现出铁电或反铁畸变不稳定性，或两者兼而有之。计算了这些超晶格的基态结构和亚稳相的结构，计算了超晶格的自发极化和压电性质。在某些超晶格中出现的高压电系数（高达150-270 pC/N）与应变诱导的原胞中某些原子团的局部重排有关。
2021-09-02 cond-mat.mtrl-sci
Finite-temperature properties of PZT alloys from first principles
采用第一性原理方法研究了PbZr{1-x}Ti{x}O3（PZT）固溶体在准同型相界（MPB）附近的有限温度性质.结构和压电预测与实验数据和直接的第一原理结果非常吻合。一个低温单斜相被证实存在，并证明作为一个众所周知的四面体和菱面体相之间的桥梁划定MPB。一个成功的解释，发现在PZT陶瓷的大压电性。
2000-04-21 cond-mat.mtrl-sci
Piezoelectric Electron-Phonon Interaction from Ab Initio Dynamical Quadrupoles: Impact on Charge Transport in Wurtzite GaN
$e$ -ph相互作用的第一性原理计算正在成为电子结构理论的支柱。然而，目前的做法是不完整的。压电（PE）$e$ -ph相互作用是一种非中心对称极性材料中声学声子的长程散射机制，目前还没有精确的描述。目前的计算包括短程$e$ -ph相互作用（通过插值获得）和极性材料中的偶极类Fröhlich长程耦合，但缺乏重要的声学模式和PE材料的四极效应。在这里，我们推导并计算了动态四极子引起的长程$e$ -ph相互作用，并应用此框架研究了PE材料纤锌矿GAN中的$e$ -ph相互作用和载流子迁移率。我们表明，四极子的贡献是必不可少的，以获得准确的$e$ -ph矩阵元的声学模式，并计算PE散射。我们的工作解决了从第一性原理正确计算$e$ -ph相互作用的声学模式的突出问题，并使$e$ -ph耦合和电荷输运在PE材料的研究。
2020-02-19 cond-mat.mtrl-sci
First-principles study on physical properties of a single ZnO monolayer with graphene-like structure
通过第一性原理计算，研究了具有类石墨烯结构的单层ZnO（SZOML）的弹性、压电、电子和光学性质。声子色散曲线包含三个声学分支和三个光学分支。在$Γ$点，面外声学模式具有渐近行为$ω(q)=Bq^2$，其中$B=1.385 \times 10^{-7}$ m $^2$ /s，而两个面内声学模式具有声速$2.801$ km/s和$8.095$ km/s;其他三个光学模式具有频率250 cm $^{-1}$，566 cm $^{-1}$和631 cm $^{-1}$。弹性和压电常数从弛豫离子模型获得。研究发现，SZOML比石墨烯柔软得多，但它是一种压电材料。电子带隙为3.576 eV，这意味着SZOML是宽带隙半导体。在线性光谱中存在许多峰，其中在3.58 eV处的第一个峰对应于SZOML的带隙。
2010-06-17 cond-mat.mtrl-sci
Outstandingly high thermal conductivity, elastic modulus, carrier mobility and piezoelectricity in two-dimensional semiconducting CrC2N4: A first-principles study
单层MoSi 2N 4的实验实现是二维（2D）材料领域的最新突破性进展之一。受此启发，本文采用第一性原理计算研究了MC_2N_4（M= Cr，Mo，W，V，Nb，Ta，Ti，Zr，Hf）单分子膜的稳定性.所获得的结果证实了MC 2N 4（M= Cr，Mo，W，V）纳米片的理想的热，动力学和机械稳定性。有趣的是，CrC 2N 4，MoC 2N 4和WC 2N 4单层被发现是半导体，带隙分别为2.32，2.76和2.86 eV，使用HSE 06功能，而VC 2N 4晶格显示金属性质。CrC 2N 4单层的直接带隙半导体性质导致可见光的优异吸收。CrC 2N 4纳米片的弹性模量和拉伸强度被预测为非常高，分别为676和54.8 GPa。基于Boltzmann输运方程的迭代解，预测CrC 2N 4单层的室温晶格热导率为350 W/mK，是二维半导体中最高的。CrC_2N_4和WC_2N_4晶格也表现出非常高的压电系数。这项研究介绍了CrC 2N 4纳米片作为一种新型的2D半导体，具有非常高的机械强度，热导率，载流子迁移率和压电系数。
2021-08-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Layer dependence of geometric, electronic and piezoelectric properties of SnSe
利用第一性原理计算，系统地研究了多层SnSe的几何、电子和压电性质。我们发现，这些属性是层相关的，表明层间相互作用起着重要的作用。随着SnSe层数从1层增加到6层，晶格常数沿Z字形方向从4.27 $\mathring{A}$减小到4.22 $\mathring{A}$，沿扶手椅方向从4.41 $\mathring{A}$增大到4.51 $\mathring{A}$，接近体相极限（分别为4.21 $\mathring{A}$和4.52 $\mathring{A}$）;带隙从1.45 eV减小到1.08 eV，接近体隙0.95 eV。虽然单层SnSe沿Z字形和扶手椅方向呈现几乎对称的几何和电子结构，但体SnSe具有明显的各向异性，表明层的堆叠增强了SnSe的各向异性特征。由于大块和均匀层SnSe具有反转中心，它们不能表现出压电响应。然而，我们发现，奇数层SnSe的压电系数远高于那些已知的压电材料，这表明奇数层SnSe是一个很好的压电材料。
2016-03-06 cond-mat.mtrl-sci
Piezoelectrics by Design: A Route through Short-period Perovskite Superlattices
利用第一性原理密度泛函理论，我们研究了由铁电和顺电组分组合而成的具有极性不连续性的短周期超晶格中的压电性。我们表明，这样的超晶格的压电响应可以调谐的符号和幅度与选择其组件。由于这些具有不可切换极化的超晶格不经历铁电转变，我们预测它们将表现出鲁棒的压电响应，与它们的大块对应物相比具有较弱的温度依赖性。
2010-07-19 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Multifunctional Altermagnet with Large Out-of-Plane Piezoelectric Response in Janus V$_{2}$AsBrO Monolayer
基于第一性原理计算预测非对称Janus V₂AsBrO单层为高温交错磁半导体，并揭示其应变可调压谷、压磁及大面外压电响应。
2025-02-19 cond-mat.mtrl-sci
First-principles calculation of electroacoustic properties of wurtzite (Al,Sc)N
采用基于密度泛函理论的第一性原理计算方法，研究了具有亚稳纤锌矿结构的氮化钪铝晶体Al $_{1-x}$ Sc $_x$ N的电声性质.我们提取电声器件设计相关的材料性能数据，即弹性和压电常数的全张量。原子模型的构建和分析的各种Sc浓度$0\le x\le50$ %。通过拟合从不同无序原子配置的平均过程中获得的数据，提取的钪浓度的材料特性的函数依赖性。我们给出了一个解释所观察到的弹性软化和异常增加的压电响应作为Sc含量的函数的元素具体分析的键长和键角。
2021-03-12 cond-mat.mtrl-sci
Inverse Designing Reconfigurable Piezoelectric Tensors via Architectural and Modal Programming
Department of Materials Science and Engineering, University of California Berkeley（加州大学伯克利分校材料科学与工程系）；The Italian Institute of Artificial Intelligence (AI4I)（意大利人工智能研究所）
该研究建立基于图表示的框架实现压电张量逆设计，揭示频率选择性张量重构，制备的多自由度致动器体积较传统组件减90%，拓展了压电材料的可编程应用场景。
2026-10-14 cond-mat.mtrl-sci
Acoustic phonon limited mobility in two-dimensional semiconductors: Deformation potential and piezoelectric scattering in monolayer MoS2 from first principles
利用Boltzmann方程和声学电子-声子（el-ph）相互作用的第一性原理计算，对温度T < 100 K和高载流子密度下n掺杂二维MoS 2中的声学声子有限迁移率进行了理论研究.结合连续介质弹性模型，建立了变形势与压电相互作用的解析表达式和耦合强度。此外，我们表明，变形势相互作用的贡献，从正常和umklapp过程，后者的贡献只有微弱的影响，载流子屏蔽。因此，计算出的迁移率显示出从高温μT^{-1}行为到低温Bloch-Gruneisen区域中更强的μT^{-4}行为的转变，该区域是未屏蔽变形势散射的特征。在T < 10 K和高载流子密度（n > 10^{11} cm^{-2}）下，本征迁移率预计超过10^5 cm ^2 V^{-1} s^{-1}。在100 K时，迁移率不超过~7 x 10^3 cm 2 V^{-1} s^{-1}。我们的研究结果提供了新的和重要的理解声学el-ph相互作用和它的屏蔽自由载流子，并在一般的声学声子有限迁移率的理解是高度相关的。
2013-06-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Influence of uniaxial tensile stress on the mechanical and piezoelectric properties of short-period ferroelectric superlattice
从第一性原理出发，研究了BaTiO 3/PbTiO 3四元铁电/铁电超晶格在c轴单轴拉伸应力作用下的性质.我们表明，计算的理想拉伸强度为6.85 GPa，在单轴拉伸应力加载下的超晶格沿非极性轴变软。我们还发现，适当的单轴拉伸应力可以显著增强超晶格的压电性，压电系数d33从基态值增加约8倍，达到678.42 pC/N。压电性增强的基本机制进行了讨论。
2009-11-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
First principles characterization of the P2_1ab ferroelectric phase of Bi2WO6
利用密度泛函理论研究了Bi 2$WO 6在P2_1ab铁电基态的结构、介电、动力学、弹性、压电和非线性光学（二阶极化率和Pockels张量）性质.单晶的红外和拉曼光谱的计算使我们能够澄清的实验声子模式的分配，考虑到计算和多晶上获得的拉曼光谱的实验之间的良好的协议。弹性常数的计算证实了晶体的弹性稳定性，并使我们能够估计多晶样品的杨氏模量和剪切模量。的压电常数具有显着的固有值相媲美的原型ABO 3铁电体。的电光响应强烈占主导地位的横光学模式的离子的贡献，产生相当大的Pockels系数约9 pm/V沿极方向。
2014-03-18 cond-mat.mtrl-sci
Tribo-piezoelectric Nanogenerators for Energy Harvesting: a first-principles study
该研究通过第一性原理计算，探究TMD异质结构的电子与输运性质，提出利用压缩应变产生摩擦压电效应，为开发高效可持续的纳米发电机提供新思路。
2024-04-19 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Defect-Engineered Multifunctionality in Cu-Doped Bi2Te2: Interplay of Thermoelectric, Piezoelectric, and Optoelectronic Properties from First-Principles Insights
铜掺杂Bi₂Te₃通过缺陷工程增强其热电、压电和光电子性能，为混合能源收集和红外探测提供多功能材料。
2025-12-12 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
