Una estrategia incremental para la piezoelectricidad anisotrópica ajustable en materiales 2D

Los materiales piezoeléctricos flexibles anisotrópicos tienen potencial para diseñar sensores flexibles capaces de filtrar, distinguir y almacenar diferentes formas de energía. Sin embargo, los materiales candidatos adecuados en dos dimensiones (2D) que exhiben tales propiedades dentro de un solo sistema son raros. Aquí, proponemos una estrategia de diseño cristalino incremental para construir MnAXm 2D (n = 1, 2; m = 2, 4) con red tetragonal, incluyendo Ag2WS4, Cu2MoS4 y Cu2WS4 sintetizados experimentalmente. La presencia de una operación de roto-inversión de cuatro veces (S4) da como resultado coeficientes piezoeléctricos bipolares fuera del plano con alta anisotropía, caracterizados por e31×e32 < 0. Los cálculos de alto rendimiento revelan los descriptores que vinculan la respuesta piezoeléctrica y los parámetros estructurales, como las constantes de red y la densidad de número de coordinación. Además, las estrategias de ajuste incremental, que incluyen apilamiento de capas, configuración Janus y sustitución de elementos, facilitan una piezoelectricidad personalizada y apoyan modos piezoeléctricos duales con una gran anisotropía piezoeléctrica |e33 / e31| ≈51. Nuestros hallazgos no solo proporcionan una estrategia de diseño efectiva para realizar materiales piezoeléctricos altamente anisotrópicos, sino que también tienen potencial para aplicaciones en detección direccional, localización de presión, así como en nanodispositivos flexibles dependientes de la dirección.