Prediction of 2D group-11 chalcogenides: insights into novel auxetic M2X (M = Cu, Ag, Au; X = S, Se, Te) monolayers

文献情報

出版日 2023-11-17
DOI 10.1039/D3CP04397E
インパクトファクター 3.676
著者

Yufei Xue, Weina Ren, Xuxia Shai, Tingting Wei, Chunhua Zeng, Hua Wang


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要旨

Two-dimensional (2D) auxetic materials have recently attracted considerable research interest due to their excellent mechanical properties and diverse applications, surpassing those of three-dimensional (3D) materials. This study focuses on the theoretical prediction of mechanical properties and auxeticity in 2D M2X (M = Cu, Ag, Au; X = S, Se, Te) monolayers using first-principles calculations. Our results indicate that the dynamically stable monolayers include low-energy α-Cu2S, α-Cu2Se, α-Cu2Te, β-Ag2S, β-Ag2Se, α-Ag2Te, β-Au2S, β-Au2Se and α-Au2Te. These M2X monolayers possess positive Poisson's ratios (PR) ranging from 0.09 to 0.52, as well as Young's moduli ranging from 19.92 to 35.42 N m−1 in x and y directions. Specially, α-Cu2S exhibits the lowest negative PR in θ = 45° × n (n = 1, 2, 3, 4) directions. The Poisson's function (PF) can be adjusted by increasing tensile strains. The β-phase monolayers exhibit positive PF with a linear change. Interestingly, the transition from positive to negative PF occurs in the α-Cu2S and α-Ag2Te monolayers at strains greater than +3% and +4%, respectively, while the α-Cu2Se, α-Cu2Te and α-Au2Te monolayers maintain positive PF within the range of 0% to +6% strains. Furthermore, taking α-Cu2S (α-Cu2Te) as an example, the mechanism underlying negative (positive) PF is demonstrated to involve increased (decreased) bond angles, decreased thickness, and weakened (enhanced) d(M)–p(X) orbital coupling. The findings of this study not only enrich the family of 2D group-11 chalcogenides but also provide insights into their mechanical properties, thereby expanding their potential applications in mechanics.

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Physical Chemistry Chemical Physics

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