I materiali piezoelettrici possono convertire l'energia meccanica in energia elettrica e viceversa. Negli ultimi anni, c'è stato un crescente interesse per la ricerca di piezoelettrici a strati bidimensionali (2D). Tali piezoelettrici van der Waals a strati sono particolarmente utili per applicazioni di nicchia come attuatori con precisione su scala atomica e sensori indossabili. Inoltre, i piezoelettrici 2D possono funzionare come generatori di energia su scala nanometrica per dispositivi su scala nanometrica.

La scoperta dei piezoelettrici 2D è avvenuta principalmente su base ad hoc. È necessaria una ricerca sistematica attraverso un database di materiali 2D per scoprire i materiali 2D più adatti all'uso come piezoelettrici. Il team di ricerca guidato dal Professore Associato Quek Su Ying del Dipartimento di Fisica dell'Università Nazionale di Singapore, ha eseguito una ricerca così sistematica attraverso un database di 2.940 materiali van der Waals stratificati utilizzando calcoli dei primi principi ad alto rendimento. Dei 2.940 materiali, il team ha identificato 109 materiali che presentano effetti piezoelettrici nella forma a strato singolo. Tra questi materiali, circa 10 di essi hanno coefficienti piezoelettrici eccezionalmente grandi con i più alti quelli per NbOI₂ . I materiali con coefficienti piezoelettrici elevati generalmente offrono prestazioni piezoelettriche migliori.

Le eccellenti prestazioni piezoelettriche di NbOI₂ si riflette nel suo fattore di accoppiamento elettromeccanico previsto, che ha il massimo valore di unità possibile in questo materiale. Il team di ricerca ha isolato NbOI a pochi strati₂ cristalli ed eseguito studi vibrometrici a scansione laser su NbOI in massa e a pochi strati₂ cristalli per misurare la loro risposta piezoelettrica. Hanno scoperto che NbOI₂ ha mostrato una risposta piezoelettrica molto più ampia rispetto ai materiali di riferimento sia nei campioni sfusi che in quelli a pochi strati.

NbOI₂ appartiene a una famiglia di niobio ossidialogenuro (NbOX₂ :X =Cl, Br, I) che hanno grandi coefficienti piezoelettrici. I ricercatori hanno effettuato uno studio più dettagliato di questa famiglia di materiali e hanno scoperto che NbOX₂ ha una polarizzazione ferroelettrica intrinseca poiché la sua struttura cristallina non è simmetrica nella direzione x). È interessante notare che i coefficienti piezoelettrici sono i più grandi per NbOI₂ , mentre la polarizzazione ferroelettrica è maggiore per NbOCl₂ .

Il professor Quek ha detto:"La classe di NbOX₂ i materiali hanno un grande potenziale di applicazione. Il nostro lavoro ha mostrato che uno dei suoi membri, NbOI₂ , ha avuto le migliori prestazioni piezoelettriche tra i 2.940 materiali del nostro studio. Inoltre, abbiamo scoperto che le sue prestazioni piezoelettriche sono indipendenti dallo spessore. Questo è diverso da altri piezoelettrici 2D come il bisolfuro di molibdeno, dove la piezoelettricità non è presente quando c'è un numero pari di strati. L'indipendenza dallo spessore della piezoelettricità in NbOX₂ è utile per applicazioni pratiche in cui il controllo dello spessore del materiale può essere particolarmente impegnativo." + Esplora ulteriormente

Lo studio sfida le idee standard sulla piezoelettricità nei cristalli ferroelettrici