Intrinsic ultrahigh negative Poisson’s ratio in two-dimensional ferroelectric ABP 2 x 6 materials

Abstract:
Recently, ferroelectric materials have attracted considerable research attention. In particular, two dimensional (2D) ferroelectric materials have been considered as most crucial for nextgeneration circuit designs because of their application as novel electric memory devices. However, a 2D ferroelectric material is very rare. The ferroelectric materials with the form ABP2X6 (A = Ag, Cu; B = Bi, In; X = S, Se) are of interest because of their ferroelectric property maintained in their ultrathin structures. Within the ABP2X6 monolayer, the P—P bonds form the pillars that hold the top and bottom X planes, while the off-center A—B atoms between the X layers induce a spontaneous ferroelectric polarization. If the two off-center A—B sites are equally aligned, this would lead to the appearance of the paraelectric state. Such intriguing structures must impart novel mechanical properties to the materials. Until now, there has been no report on the mechanical properties of monolayer ABP2X6. Based on first-principles calculations, we studied the structural, electronic, mechanical as well as the electromechanical coupling properties of monolayer ABP2X6 (A = Ag, Cu; B = Bi, In; X = S, Se). We found that they are all semiconductors with wide bandgaps of 2.73, 2.17, 3.00, and 2.31 eV for CuInP2Se6, CuBiP2Se6, AgBiP2Se6, and AgBiP2Se6, respectively, which are calculated based on the Heyd-Scuseria-Ernzerhof (HSE) exchange correlation functional model. The conduction band minimum is mainly from p orbitals of X and B atoms, whereas the valence band maximum is due to the hybridization of the p orbital of X atoms and the d orbital of A atoms. Moreover, there are three short and three long A/B—X bonds due to the A—B offcenter displacement. Together with the d-p orbital hybridization, the main reason for the distorted ferroelectric structure in ABP2X6 monolayers is the Jahn-Teller effect. ABP2X6 monolayers are predicted to be a new class of auxetic materials with an out-of-plane negative Poisson’s ratio, i.e., the values of the negative Poisson’s ratio are in the order AgBiP2S6 (−0.805) < AgBiP2Se6 (−0.778) < CuBiP2Se6 (−0.670) < CuInP2S6 (−0.060). This is mainly due to the tensile strain applied in the x/y direction enlarging the angle between P—P bonds and top layer X atoms, thereby enhancing the bucking height of monolayer ABP2X6. Moreover, external strain has a significant impact on the A—B off-center displacement, rendering an out-of-plane piezoelectric polarization. The values of e13 for CuInP2S6, CuBiP2Se6, AgBiP2Se6, AgBiP2Se6 monolayers are calculated to be −3.95 × 10−12, −5.68 × 10−12, −3.94 × 10−12, −2.71 × 10−12 C.m−1, respectively, which are comparable to the only experimentally confirmed 2D out-of-plane piezoelectric Janus system (piezoelectric coefficient = −3.8 × 10−12 C.m−1). This unusual auxetic behavior, ferroelectric polarization, and the electromechanical coupling in monolayer ABP2X6 could potentially lead to enormous technologically important applications in nanoelectronics, nanomechanics, and piezoelectrics.
Author Listing： Chunmei Zhang;Yihan Nie;Aijun Du
Volume： 35
Pages： 1128-1133
DOI： 10.3866/PKU.WHXB201812037
Language： English
Journal： Acta Physico-chimica Sinica

ACTA PHYSICO-CHIMICA SINICA

ACTA PHYS-CHIM SIN

影响因子：10.8 是否综述期刊：否 是否OA：否 是否预警：不在预警名单内 发行时间：1985 ISSN：1000-6818 发刊频率：Irregular 收录数据库：SCIE/Scopus收录 出版国家/地区：PEOPLES R CHINA 出版社：Beijing University Press

期刊介绍

Acta Physico-Chimica Sinica, founded in 1985, is sponsored by the Chinese Chemical Society and organized by the College of Chemistry and Molecular Engineering, Peking University. Acta Physico-Chimica Sinica is devoted to reporting new and original experimental and theoretical basic research of interest to physical chemists, biophysical chemists, and material physical chemists.

《物理化学学报》创刊于1985年，由中国化学学会主办，北京大学化学与分子工程学院承办。物理化学学报致力于报道物理化学家、生物物理化学家和材料物理化学家感兴趣的新颖的实验和理论基础研究。

年发文量 112
国人发稿量 112
国人发文占比 100%
自引率 8.3%
平均录取率 容易
平均审稿周期 平均1.2个月
版面费 -
偏重研究方向 化学-物理化学
期刊官网 http://www.whxb.pku.edu.cn/CN/1000-6818/home.shtml
投稿链接 http://www.whxb.pku.edu.cn/journalx_wlhx/authorLogOn.action

质量指标占比

研究类文章占比 OA被引用占比 撤稿占比 出版后修正文章占比
62.50% 0.00% 0.00% 0.00%

相关指数

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期刊预警不是论文评价，更不是否定预警期刊发表的每项成果。《国际期刊预警名单（试行）》旨在提醒科研人员审慎选择成果发表平台、提示出版机构强化期刊质量管理。

预警期刊的识别采用定性与定量相结合的方法。通过专家咨询确立分析维度及评价指标，而后基于指标客观数据产生具体名单。

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时间 预警情况
2024年02月发布的2024版 不在预警名单中
2023年01月发布的2023版 不在预警名单中
2021年12月发布的2021版 不在预警名单中
2020年12月发布的2020版 不在预警名单中

JCR分区 WOS分区等级：Q1区

版本 按学科 分区
WOS期刊SCI分区
WOS期刊SCI分区是指SCI官方（Web of Science）为每个学科内的期刊按照IF数值排 序，将期刊按照四等分的方法划分的Q1-Q4等级，Q1代表质量最高，即常说的1区期刊。
（2021-2022年最新版）
CHEMISTRY, PHYSICAL Q1

关于2019年中科院分区升级版（试行）

分区表升级版（试行）旨在解决期刊学科体系划分与学科发展以及融合趋势的不相容问题。由于学科交叉在当代科研活动的趋势愈发显著，学科体系构建容易引发争议。为了打破学科体系给期刊评价带来的桎梏，“升级版方案”首先构建了论文层级的主题体系，然后分别计算每篇论文在所属主题的影响力，最后汇总各期刊每篇论文分值，得到“期刊超越指数”，作为分区依据。

分区表升级版（试行）的优势：一是论文层级的主题体系既能体现学科交叉特点，又可以精准揭示期刊载文的多学科性；二是采用“期刊超越指数”替代影响因子指标，解决了影响因子数学性质缺陷对评价结果的干扰。整体而言，分区表升级版（试行）突破了期刊评价中学科体系构建、评价指标选择等瓶颈问题，能够更为全面地揭示学术期刊的影响力，为科研评价“去四唯”提供解决思路。相关研究成果经过国际同行的认可，已经发表在科学计量学领域国际重要期刊。

《2019年中国科学院文献情报中心期刊分区表升级版（试行）》首次将社会科学引文数据库（SSCI）期刊纳入到分区评估中。升级版分区表（试行）设置了包括自然科学和社会科学在内的18个大类学科。基础版和升级版（试行）将过渡共存三年时间，推测在此期间各大高校和科研院所仍可能会以基础版为考核参考标准。 提示：中科院分区官方微信公众号“fenqubiao”仅提供基础版数据查询，暂无升级版数据，请注意区分。

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版本 大类学科 小类学科 Top期刊 综述期刊
化学
2区
CHEMISTRY, PHYSICAL
物理化学
3区
 否 否
2021年12月
基础版
化学
3区
CHEMISTRY, PHYSICAL
物理化学
3区
 否 否
2021年12月
升级版
化学
3区
CHEMISTRY, PHYSICAL
物理化学
3区
 否 否
2020年12月
旧的升级版
化学
3区
CHEMISTRY, PHYSICAL
物理化学
4区
 否 否
2022年12月
最新升级版
化学
2区
CHEMISTRY, PHYSICAL
物理化学
4区
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