Piezoelektriska material kan omvandla mekanisk energi till elektrisk energi och vice versa. Under de senaste åren har det funnits ett växande intresse för sökandet efter tvådimensionell (2D) skiktad piezoelektrik. Sådan skiktad van der Waals piezoelektrik är särskilt användbar för nischapplikationer såsom ställdon med atomisk precision och bärbara sensorer. Dessutom kan 2D-piezoelektrik fungera som strömgeneratorer i nanoskala för enheter i nanoskala.

Upptäckten av 2D piezoelektrik har mestadels skett på ad hoc-basis. En systematisk sökning genom en 2D-materialdatabas krävs för att upptäcka 2D-material som är mest lämpade för användning som piezoelektrik. Forskargruppen ledd av docent Quek Su Ying från Institutionen för fysik, National University of Singapore, utförde en sådan systematisk sökning genom en databas med 2 940 skiktade van der Waals-material med hjälp av beräkningar av de första principerna med hög genomströmning. Av de 2 940 materialen identifierade teamet 109 material som uppvisar piezoelektriska effekter i enkelskiktsform. Bland dessa material har omkring 10 av dem visat sig ha exceptionellt stora piezoelektriska koefficienter, där den högsta är de för NbOI₂ . Material med höga piezoelektriska koefficienter ger generellt bättre piezoelektriska prestanda.

Den utmärkta piezoelektriska prestandan hos NbOI₂ återspeglas i dess förutspådda elektromekaniska kopplingsfaktor, som har det maximala möjliga värdet av enhet i detta material. Forskargruppen isolerade några lager NbOI₂ kristaller och utförde laserskanningsvibrometerstudier på bulk och fålager NbOI₂ kristaller för att mäta deras piezoelektriska respons. De fann att NbOI₂ visade ett piezoelektriskt svar som är mycket större än referensmaterial i både bulk- och fålagerprover.

NbOI₂ tillhör en familj av nioboxidihalider (NbOX₂ :X =Cl, Br, I) som har stora piezoelektriska koefficienter. Forskarna gjorde en mer detaljerad studie av denna materialfamilj och fann att NbOX₂ har en inneboende ferroelektrisk polarisation eftersom dess kristallstruktur inte är symmetrisk i x-riktningen). Intressant nog är de piezoelektriska koefficienterna störst för NbOI₂ , medan den ferroelektriska polarisationen är störst för NbOCl₂ .

Prof Quek sa, "Klassen av NbOX₂ material har stor potential för tillämpningar. Vårt arbete visade att en av dess medlemmar, NbOI₂ , hade den bästa piezoelektriska prestandan bland de 2 940 materialen i vår studie. Dessutom fann vi att dess piezoelektriska prestanda är oberoende av tjocklek. Detta är till skillnad från annan 2D piezoelektrik som molybdendisulfid, där piezoelektriciteten inte är närvarande när det finns ett jämnt antal lager. Tjockleksoberoendet av piezoelektricitet i NbOX₂ är användbar för praktiska tillämpningar där kontrollen av materialtjockleken kan vara särskilt utmanande." + Utforska vidare

Studie utmanar standardidéer om piezoelektricitet i ferroelektriska kristaller