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The Impact of Piezoelectricity in Low Dimensional Metal Halide Perovskite
ACS Energy Letters ( IF 19.3 ) Pub Date : 2024-03-14 , DOI: 10.1021/acsenergylett.4c00177 Stav Rahmany 1 , Adva Shpatz Dayan 1 , Małgorzata Wierzbowska 2 , Amanda Jiamin Ong 3, 4 , Yun Li 3, 4 , Shlomo Magdassi 1, 4 , Alfred Iing Yoong Tok 3, 4 , Lioz Etgar 1, 4
ACS Energy Letters ( IF 19.3 ) Pub Date : 2024-03-14 , DOI: 10.1021/acsenergylett.4c00177 Stav Rahmany 1 , Adva Shpatz Dayan 1 , Małgorzata Wierzbowska 2 , Amanda Jiamin Ong 3, 4 , Yun Li 3, 4 , Shlomo Magdassi 1, 4 , Alfred Iing Yoong Tok 3, 4 , Lioz Etgar 1, 4
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Hybrid perovskites show piezoelectric properties due to polarization and centro-symmetry breaking of PbX6 pyramids (X = I-, Br-, Cl-). This study examines the piezoelectric response of quasi-2D perovskites using various barrier molecules: benzyl amine (BzA), phenylethyl amine (PEA), and butyl diamine (BuDA). Utilizing piezoelectric force microscopy measurements, we determine the piezoelectric coefficient (d33) where BuDA exhibits a substantial response with values of 147 pm V–1 for n = 5, better than the other quasi-2D and 3D perovskite counterparts. Density functional theory calculations reveal distorted bond angles in the PbBr6 pyramids for quasi-2D perovskites, enhancing symmetry breaking. Additionally, polarizabilities and dielectric constants, derived from ab initio many-body perturbation theory, are highest for BuDA, followed by PEA and BzA, aligning with experimental results. We demonstrate pressure sensor performance, emphasizing the quicker capacitance decay time of the quasi-2D perovskite based on BuDA. This research underscores the impact of perovskite dimensionality on piezoelectricity, paving the way for the development of sensitive and wide-ranging pressure sensors.
中文翻译：
压电对低维金属卤化物钙钛矿的影响
由于 PbX 6金字塔（X = I-、Br-、Cl-）的极化和中心对称破缺，杂化钙钛矿表现出压电特性。本研究使用各种势垒分子检查准二维钙钛矿的压电响应：苯甲胺（BzA）、苯乙胺（PEA）和丁二胺（BuDA）。利用压电力显微镜测量，我们确定了压电系数 (d 33 )，其中 BuDA 表现出显着的响应，n = 5时值为 147 pm V –1，优于其他准 2D 和 3D 钙钛矿对应物。密度泛函理论计算揭示了准二维钙钛矿PbBr 6金字塔中扭曲的键角，增强了对称性破缺。此外，从头开始多体微扰理论得出的极化率和介电常数，BuDA 最高，其次是 PEA 和 BzA，与实验结果一致。我们展示了压力传感器的性能，强调基于 BuDA 的准二维钙钛矿的电容衰减时间更快。这项研究强调了钙钛矿维度对压电性的影响，为灵敏且广泛的压力传感器的发展铺平了道路。
更新日期：2024-03-14
中文翻译：
压电对低维金属卤化物钙钛矿的影响
由于 PbX 6金字塔（X = I-、Br-、Cl-）的极化和中心对称破缺，杂化钙钛矿表现出压电特性。本研究使用各种势垒分子检查准二维钙钛矿的压电响应：苯甲胺（BzA）、苯乙胺（PEA）和丁二胺（BuDA）。利用压电力显微镜测量，我们确定了压电系数 (d 33 )，其中 BuDA 表现出显着的响应，n = 5时值为 147 pm V –1，优于其他准 2D 和 3D 钙钛矿对应物。密度泛函理论计算揭示了准二维钙钛矿PbBr 6金字塔中扭曲的键角，增强了对称性破缺。此外，从头开始多体微扰理论得出的极化率和介电常数，BuDA 最高，其次是 PEA 和 BzA，与实验结果一致。我们展示了压力传感器的性能，强调基于 BuDA 的准二维钙钛矿的电容衰减时间更快。这项研究强调了钙钛矿维度对压电性的影响，为灵敏且广泛的压力传感器的发展铺平了道路。
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