Reduced Coercive Field in Epitaxial Thin Film of Ferroelectric Wurtzite Al0.7Sc0.3N
首次获得了具有明显极化-电场电滞特性的外延纤锌矿铁电薄膜。在W/c-蓝宝石衬底上的这种外延Al 0.7Sc 0.3N膜的矫顽场比在Pt/TiO x/SiO 2/Si衬底上的常规纤维织构膜的矫顽场小0.4 ± 0.3 MV cm-1（8%），这归因于外延膜中的c轴晶格参数小0.01 ± 0.007 MV cm-1。的应变和矫顽场的减少最有可能源于外延应变，而不是在热膨胀系数的失配。这些结果提供了一个洞察力，进一步降低矫顽场的新型纤锌矿铁电体使用外延失配应变。
2021-01-17 cond-mat.mtrl-sci
Fine tuning epitaxial strain in ferroelectrics: PbxSr(1-x)TiO3 on DyScO3
外延应变可以用来改变铁电薄膜的性能。从实验的角度来看，挑战在于微调应变的大小。我们说明如何，通过使用组合物和衬底的合适的组合，可以以连续的方式控制外延应变的大小。用Devonshire-Landau方法计算了在（110）-DyScO 3上外延生长的PbxSr 1-xTiO 3薄膜的相图。预测面内和面外取向铁电相之间的边界发生在$x \approx$ 0.8。用分子束外延法生长的一系列PbxSr_（1-x）TiO_3薄膜与所提出的相图符合得很好
2010-11-19 cond-mat.mtrl-sci
First principles investigation of ferroelectricity in epitaxially strained Pb$_2$TiO$_4$
本文用密度泛函理论研究了假设的Ruddlesden-Popper化合物Pb $_2$ TiO $_4$的结构和极化。计算了空间群为$I4/mmm$的高对称性K-$_2$-NiF-$_4$-型参考结构的带内声子.在理论基态晶格常数下，存在一个不稳定的红外激活声子。该声子冻结以产生$I2mm$铁电态。作为外延应变的函数，两个额外的铁电相被发现，与空间群$I4mm$和$F2mm$在压缩和拉伸应变，分别。
2005-01-06 cond-mat.mtrl-sci
First-principles study of ferroelectric oxide epitaxial thin films and superlattices: role of the mechanical and electrical boundary conditions
本文综述了铁电氧化物外延薄膜和多层膜的第一性原理研究的最新进展。我们详细讨论了机械和电气边界条件的关键作用，为读者提供了一个简单而直观的理解在许多纳米结构的铁电性能的演变的基本背景。更进一步，我们还强调了这个令人兴奋的领域或研究中有前途的新途径和未来的挑战。
2007-11-27 cond-mat.mtrl-sci
Growth Window of Ferroelectric Epitaxial Hf0.5Zr0.5O2 Thin Films
亚稳的斜方晶相通常在多晶薄膜中获得，而在外延薄膜中，其形成的研究要少得多。我们已经生长Hf0.5Zr0.5O2薄膜的脉冲激光沉积，和生长窗口（沉积过程中的温度和氧气压力和膜厚）的外延稳定的铁电相映射。剩余的铁电极化，高达约24 μ C/cm 2，取决于正交相和晶面间距的量，并随着温度和压力的固定膜厚度增加。漏电流随着厚度或温度的增加而减小，或者当降低氧气压力时减小。矫顽电场（EC）取决于厚度（t），根据矫顽电场（EC）-厚度（t）-2/3缩放，这是在铁电氧化物中首次观察到的，并且缩放延伸到低至约5 nm的厚度。经过验证的能力，定制高品质的外延铁电Hf0.5Zr0.5O2薄膜的功能特性铺平了道路，了解他们的铁电性能和原型设备。
2019-02-27 cond-mat.mtrl-sci
Strain Gradients in Epitaxial Ferroelectrics
具有不同厚度的Ba1/2Sr1/2TiO3铁电薄膜的X射线分析揭示了跨膜厚度的内部应变梯度的存在，并允许我们提出一个功能形式的内部应变分布。我们用它来计算的直接影响的应变梯度，通过挠曲电耦合，上的薄膜的铁电性能随厚度减小的退化，与所观察到的行为非常一致。这项工作突出了应变弛豫和应变梯度在外延膜之间的联系，并显示迫切需要避免应变梯度，以获得薄的铁电体与块状的属性。
2004-11-18 cond-mat.mtrl-sci
Epitaxial ferroelectric hafnia stabilized by symmetry constraints
本研究利用高通量密度泛函理论计算证明，YSZ和SrTiO3等常见衬底的外延条件及对称性约束诱导的剪切应变，能热力学稳定二氧化铪的极性Pca2_1铁电相，为实验与理论差异提供了解释并指导性能改善。
2023-07-02 cond-mat.mtrl-sci
Soft modes of collective domain-wall vibrations in epitaxial ferroelectric thin films
计算了外延薄膜中铁弹畴壁从平衡位置位移时的机械回复力，并讨论了它们的各种协同平移振荡模式。对于波矢量对应于第一布里渊区的中心和边界的畴壁超晶格的振动，挑选出的软模式是由最小幅度的回复力区分。结果表明，在多畴铁电薄膜中，壁振动的软模对薄膜介电常数的贡献非常大。
2000-12-28 cond-mat.mtrl-sci
Coupled magnetic-ferroelectric metal-insulator transitions in epitaxially-strained SrCoO$_{3}$ from first principles
采用第一性原理计算了钙钛矿结构SrCoO $_{3}$的外延应变相图。通过结合大的自旋-声子耦合与极化-应变耦合和带隙耦合到极性畸变，拉伸和压缩外延应变被认为是驱动体铁磁-金属（FM-M）相反铁磁-绝缘-铁电（AFM-I-FE）相，后者具有异常低的弹性能。在这些耦合的磁性-铁电金属-绝缘体相边界处，预期对所施加的电场和磁场以及应力的交叉响应。特别地，施加到AFM相的磁场或压缩单轴应力可以诱导绝缘体-金属转变，并且施加到FM-M相的电场可以诱导金属-绝缘体转变。
2011-04-14 cond-mat.mtrl-sci
External uniform electric field removing flexoelectric effect in epitaxial ferroelectric thin films
利用修正的Landau-Ginsburg-Devonshire热力学理论，发现应力梯度与极化或挠曲电之间的耦合对外延薄膜的极化、自由能分布和电滞回线等铁电性质有显著影响。然而，通过施加优化的外部均匀电场可以完全消除这种影响。这种均匀电场的作用与理想梯度电场的作用相同，可以完全抑制挠曲电效应。由于均匀电场比梯度电场更易于施加和控制，因此它可以用来消除外延薄膜中由应力梯度引起的挠曲电效应，提高薄膜的铁电性能。
2012-08-02 cond-mat.mtrl-sci
Dynamic response of the dielectric and electro-optic properties of epitaxial ferroelectric thin films
本文分析了薄膜铁电体的动态介电和电光弛豫响应。该分析是基于弛豫的铁电畴的尺寸连续分布的逾渗理论。由此产生的时间响应由表达式（t^-m）exp（-（t/tau）^beta）描述。分析应用于KNbO 3薄膜。的偏振，双折射和介电瞬态的测量表明定性协议的模型超过11个数量级的时间。
2002-04-30 cond-mat.mtrl-sci
Engineering Ferroelectric Hf0.5Zr0.5O2 Thin Films by Epitaxial Stress
证明了外延应力对氧化物铁电正交相稳定性的重要影响。Hf0.5Zr0.5O2和La0.67Sr0.33MnO3电极的外延双层生长在一组单晶氧化物001取向的，立方或伪立方设置，晶格参数在3.71 - 4.21 A范围内的衬底上。La0.67Sr0.33MnO3电极的晶格应变，由晶格失配与衬底，是关键的正交相Hf0.5Zr0.5O2的稳定。在La0.67Sr0.33MnO3电极拉伸应变的Hf0.5Zr0.5O2膜的大部分是正交的，而单斜相是有利的，当La0.67Sr0.33MnO3松弛或压缩应变。因此，在TbScO3和GdScO3衬底上的Hf0.5Zr0.5O2膜与在其它衬底上的膜（包括常用的SrTiO 3）相比呈现显著增强的铁电极化。具有外延掺杂HfO2薄膜与控制相位和极化的能力是主要的兴趣，为更好地理解铁电性能，并为基于纳米HfO2薄膜的铁电器件的制造铺平了道路。
2019-09-04 cond-mat.mtrl-sci
Effect of epitaxial strain on the spontaneous polarization of thin film ferroelectrics
利用第一性原理计算研究了BaTiO $_3$、PbTiO $_3$、LiNbO $_3$和BiFeO $_3$的自发铁电极化随外延应变的变化。我们发现，虽然在简单的钙钛矿系统BaTiO $_3$和PbTiO $_3$中极化的应变依赖性非常强，但在LiNbO $_3$和BiFeO $_3$中仅弱。我们表明，这种不同的行为可以理解纯粹的压电和弹性常数的无应变的散装材料，我们讨论了几个因素，确定某种材料的应变行为。
2005-07-31 cond-mat.mtrl-sci
Strong tunability of epitaxial relationship and reconstruction at improper ferroelectric interface
该研究通过调控生长条件、堆叠顺序和尖晶石成分，实现了非本征铁电六方铁氧体外延界面的强可调性，两种界面类型分别抑制或保持铁电性，为解决临界厚度问题提供新思路。
2025-05-08 cond-mat.mtrl-sci
Ferroelectricity in epitaxially strained rhombohedral ZrO2 thin films
在过去的十年中，氧化锆和氧化铈基薄膜由于其在纳米尺度下的出乎意料的铁电行为而引起了极大的关注，这有助于铁电器件的缩小。采用离子束溅射法在（111）- Nb：SrTiO 3基片上制备了一种新型的铁电菱面体相ZrO 2薄膜。结构和铁电特性表明，（111）取向的ZrO 2薄膜处于外延压应变下，具有可切换的铁电极化，其矫顽场为1.5 MV/cm，极化强度约为20.2 μC/cm 2。此外，Nb：STO/ZrO 2/Au薄膜电容器的极化反转特性随时间的变化呈现钟形曲线，这是与畴反转相关的铁电薄膜的典型特征。估计的激活场与从极化-电场磁滞回线获得的矫顽场相当。有趣的是，所研究的薄膜本身显示出铁电行为，即，不需要施加唤醒循环，该唤醒循环对于在ZrO 2的常规（正交）铁电相中诱导铁电性是必不可少的。因此，目前的薄膜有一个技术优势，以前研究的铁电ZrO 2薄膜，并可能是有吸引力的纳米铁电器件。
2020-11-05 cond-mat.mtrl-sci
Ferroelectric nanodomains in epitaxial PbTiO3 films grown on SmScO3 and TbScO3 substrates
用Raman光谱和压电响应力显微镜技术研究了在相同条件下用MOCVD技术在SmScO_3和TbScO_3钙钛矿衬底上生长的320 nm厚PbTiO_3铁电外延薄膜的畴结构。讨论了声子频移和典型的畴结构模。结果表明，显着不同的域结构架构：域结构的PbTiO 3薄膜生长在SmScO 3占主导地位的a-域取向，而强烈的优先c-域取向被发现在PbTiO 3薄膜生长在TbScO 3衬底上。这两种情况之间的差异可以追溯到在沉积温度下的薄膜-衬底晶格失配。
2013-04-12 cond-mat.mtrl-sci
Smallest 90o domains in epitaxial ferroelectric films
铁电体显示自发和可切换的电极化。直到最近，铁电性被认为在纳米尺度上消失;现在，纳米铁电体正在被考虑在许多应用中。这种新的兴趣部分是由于在几个晶胞厚度的膜中观察到铁电畴，从而有希望进一步减小铁电器件的尺寸。事实证明，在缩小的尺度和维度下，材料的性质主要取决于畴形成的复杂性，也就是说，晶体分裂成沿着不同能量等效方向取向的极化区域的方式，通常彼此相距180 o和90 o。在这里，我们提出了一个向前迈出的一步，在操纵和控制的铁电畴的薄膜的生长与规则的自图案阵列的90度域只有7纳米宽。这是外延铁电体中90 °畴的最宽宽度，它保持了薄膜的横向相干性，与衬底无关。
2007-06-17 cond-mat.mtrl-sci
Tailoring Lattice Strain and Ferroelectric Polarization of Epitaxial BaTiO3 Thin Films on Si(001)
采用脉冲激光沉积法制备了具有大极化的BaTiO_3铁电薄膜。在约300 ℃宽的衬底温度范围内获得高质量的c取向外延膜。沉积温度严重影响生长动力学和热力学平衡，导致在钛酸钡极轴的应变，这可以超过2%的膜厚超过100 nm的高影响。铁电极化与应变成比例，因此沉积温度可以用作定制铁电极化的有效工具。所开发的策略克服了基于衬底选择的传统应变工程方法的主要局限性：它可以应用于包括Si（001）和钙钛矿的特定衬底上的膜，并且它不限于双晶膜。
2018-01-24 cond-mat.mtrl-sci
Epitaxial Ferroelectric La-doped Hf0.5Zr0.5O2 Thin Films
在铁电体Hf0.5Zr0.5O2中掺杂La是提高铁电体耐久性的一条很有前途的途径。然而，La对多晶膜的耐久性的有益影响可能伴随着保持力的下降。我们研究了掺镧外延薄膜的耐久性保持困境。与未掺杂的外延膜相比，在更宽的厚度范围内获得了大的极化值，而矫顽场是相似的，并且漏电流大幅降低。与多晶掺La薄膜相比，外延掺La薄膜表现出更强的疲劳性，但没有明显的唤醒效应和阻容保持困境。持久的唤醒效应常见的多晶La掺杂Hf0.5Zr0.5O2薄膜，是有限的几个周期，在外延膜。尽管疲劳，在外延镧掺杂薄膜的耐久性是超过1010个周期，这种良好的性能是伴随着超过10年的优秀保留。这些结果表明，唤醒效应和磁阻保持的困境是不是本征在La掺杂的Hf0.5Zr0.5O2。
2020-10-28 cond-mat.mtrl-sci
Above Room Temperature Ferroelectricity in Epitaxially Strained KTaO3
Cornell University（康奈尔大学）；Pennsylvania State University（宾夕法尼亚州立大学）；Williams College（威廉姆斯学院）
通过应变将KTaO3转化为具有室温以上铁电性的四方极性相，展示了其本征铁电态的稳健性。
2026-01-22 cond-mat.mtrl-sci
A rhombohedral ferroelectric phase in epitaxially-strained Hf0.5Zr0.5O2 thin films
经过几十年的研究，可以集成到下一代存储器和逻辑器件的鲁棒纳米级铁电性，基于氧化物的薄膜已经成为最终的候选者，因为它们的铁电（FE）极化随着尺寸的减小而变得更加鲁棒。这揭示了一种新的铁电性，其机制仍然需要理解。为此，需要具有提高的晶体质量的薄膜。本文报道了在（001）取向的La0.7Sr0.3MnO3/SrTiO 3（STO）衬底上外延生长Hf0.5Zr0.5O2（HZO）薄膜。在外延压缩应变下的薄膜主要是（111）取向的，显示出高达34 μC/cm 2的大FE极化值，并且不需要唤醒循环。结构表征揭示了菱形相，不同于通常报道的极性正交相。这一意外的发现使我们能够提出一个令人信服的模型形成的FE相。此外，这些结果指向简单氧化物的纳米颗粒作为一个巨大的未开发的类别的纳米级铁电体。
2018-01-26 cond-mat.mtrl-sci
Thermodynamic theory of epitaxial ferroelectric thin films with dense domain structures
提出了一个Landau-Ginsburg-Devonshire型非线性唯象理论，该理论能够对外延铁电薄膜中的致密层状多畴态进行热力学描述。该理论明确地考虑到机械基板上的极化和晶格应变在不同的弹性域（双胞胎）的效果。对生长在（001）取向立方衬底上的PbTiO_3和BaTiO_3薄膜进行了数值计算。这些薄膜的“失配应变-温度”相图，显示各种可能的多畴和单畴状态的稳定范围。揭示了多畴外延铁电薄膜的三种类型的极化不稳定性，这些不稳定性可能导致在体晶体中形成新的多畴态。总的介电和压电小信号响应的多畴膜计算，导致从体积和畴壁的贡献。对于钛酸钡薄膜，强介电异常预测在室温下的失配应变的特殊值附近。
2001-02-26 cond-mat.mtrl-sci
Flexoelectricity induced increase of critical thickness in epitaxial ferroelectric thin films
挠曲电描述了绝缘晶体中极化和应变/应力梯度之间的耦合。本文利用Landau-Ginsburg-Devonshire唯象方法，发现挠曲电性可以增加外延BaTiO 3薄膜的理论临界厚度，低于该厚度时，可切换的自发极化消失。这种增加是显着的拉伸薄膜，而微不足道的压缩薄膜由于电致伸缩引起的势垒，这很容易被破坏的挠曲电，铁电态和顺电态之间的拉伸薄膜。此外，由于挠曲电效应，即使在临界厚度以下，薄膜仍处于单极状态。
2012-04-30 cond-mat.mtrl-sci
Stabilization of competing ferroelectric phases of HfO$_2$ under epitaxial strain
铪（HfO $_2$）基薄膜由于其强大的铁电性和与硅的集成性而在纳米电子器件中具有很好的应用前景。然而，HfO $_2$具有各种稳定和亚稳定的多晶型物，其具有非常相似的结构和能量。HfO $_2$铁电功能相的确定和稳定是近年来研究的热点。在这项工作中，第一性原理计算（111）取向的HfO $_2$被用来发现，施加在四相平面内的剪切应变诱导非极性相变。这种平面内剪切诱导的极性相被证明是一个已知的亚稳铁电$Pnm2_1$相HfO $_2$的外延变形。有人提出，这种铁电$Pnm2_1$相可以解释最近在（111）取向的HfO $_2$基薄膜中观察到的铁电性[Nature Materials 17，1095-1100（2018）]。对HfO $_2$中的第二功能铁电相的进一步研究可以潜在地改善HfO $_2$基膜在逻辑和存储器件中的性能。
2020-09-26 cond-mat.mtrl-sci
Disentangling the ferroelectric phases of epitaxial hafnia
Zernike Institute for Advanced Materials, University of Groningen（格罗宁根大学泽尔尼克高级材料研究所）；The European Synchrotron Radiation Facility (ESRF)（欧洲同步辐射装置）；CogniGron centre, University of Groningen（格罗宁根大学认知科学中心）
研究通过同步辐射掠入射衍射确定 epitaxial hafnia 的两种铁电相，揭示其晶体对称性对功能性质的影响。
2026-04-16 cond-mat.mtrl-sci
Anion Doping Driven Non-Ferroelectric-to-Ferroelectric Phase Transition in Epitaxial Y:HfO2
Indian Institute of Science（印度科学学院）；University of Surrey（萨里大学）
本研究通过氮气退火处理外延Y:HfO2薄膜，发现氮掺入将中性氧空位转化为带电氧空位，驱动单斜非铁电相向正交铁电相转变，揭示了阴离子掺杂调控铁电性的新途径。
2026-06-26 cond-mat.mtrl-sci
Coexistence of spin glass and ferroelectricity in highly ordered Bi2FeMnO6 epitaxial thin film
在SrTiO 3衬底上成功地生长了高度有序的Bi 2 FeMnO 6外延薄膜。同步辐射X射线倒易空间成像和高分辨透射电子显微镜都证实了Bi2FeMnO6薄膜中Fe和Mn沿[111]方向交替排列。对Bi2FeMnO6薄膜的磁性和铁电性能进行了表征和分析。Bi2FeMnO6薄膜的室温铁电性得到了很好的保持。然而，非常有趣的是，Bi_2FeMnO_6薄膜表现出典型的自旋玻璃行为和非常弱的磁性，而不是通常认为的铁磁性。第一性原理计算提出了Bi2FeMnO6的自旋阻挫模型，该模型能够很好地解释Bi2FeMnO6薄膜的磁性.
2016-01-17 cond-mat.mtrl-sci
Stabilization of the epitaxial rhombohedral ferroelectric phase in ZrO2 by surface energy
掺杂的HfO_2和HfO_2-ZrO_2化合物由于其在薄膜中的铁电性能而引起了人们极大的兴趣。在这里，我们表明，ZrO 2可以是一个操场掺杂和应变工程，以增加外延薄膜的厚度。基于从头计算支持的表面能的考虑，我们表明，纯ZrO 2外延薄膜表现出铁电菱面体相（r-相，R3 m空间群）比Hf0.5Zr0.5O2（HZO）和纯HfO 2的情况下更稳定。特别是，对于厚度高达37 nm，我们实验证明了一个单一的（111）取向的r-相的ZrO 2薄膜沉积在La 2/3 Sr 1/3 MnO 3缓冲DyScO 3（110）衬底，而四方相旁边观察到的菱面体的SrTiO 3（001）。讨论了该r相的形成，并比较了HfO 2，ZrO 2和HZO之间的关系，突出了表面能的作用。
2022-08-31 cond-mat.mtrl-sci
Epitaxial TiOx Surface in Ferroelectric BaTiO3: Native Structure and Dynamic Patterning at the Atomic Scale
铁电氧化物的表面和界面表现出增强的功能，因此可以作为新的纳米和量子技术的平台。与研究金属氧化物表面微妙的电化学机械平衡相关的实验和理论挑战阻碍了对其结构和行为的理解和控制。在这里，我们结合先进的电子显微镜和第一原理热力学方法，揭示了种子铁电钛酸钡的表面的原子尺度的化学和晶体结构。我们表明，该表面是由一个原生的< 2纳米厚的TiOx岩盐层与钛酸钡外延注册。使用电子束照射，我们成功地图案化人工氧化钛网站与亚纳米分辨率，通过诱导钡逃逸。因此，我们的工作提供了电化学机械的铁电表面行为的见解，除了可扩展的高分辨率的光束诱导化学光刻的方法，选择性地驱动表面相变，从而功能化金属氧化物表面。
2019-03-29 cond-mat.mtrl-sci
Epitaxial integration of improper ferroelectric h-YMnO$_3$ thin films in heterostructures
本文报道了用脉冲激光沉积法（PLD）生长非正常铁电六方晶系YMnO $_3$（YMO）薄膜和异质结构的多个基本性质的改进。通过预生长衬底退火和低能脉冲激光沉积相结合的方法，我们在氧化钇稳定的氧化锆（YSZ）上获得了具有超低粗糙度和无取向错误的纳米晶夹杂物的YMO薄膜的二维生长模式。通过在衬底和最终膜之间插入用导电氧化铟锡覆盖的牺牲亚锰酸盐层，后者以完全晶格弛豫模式生长，因此没有任何失配位错，同时保持直接在预退火YSZ上生长的膜的非凡平坦度。这为基于六方锰氧化物的异质结构的制造提供了模板，六方锰氧化物是具有不适当的室温铁电性的有前途的多铁性类，并且这些异质结构在技术上相关的外延金属中的实现|铁电型多层膜。
2020-11-04 cond-mat.mtrl-sci
Polarization Instability in Polydomain Ferroelectric Epitaxial Thin Films and the Formation of Heterophase Structures
本文提出了外延铁电薄膜中致密层状畴结构的热力学理论。据发现，在膜和衬底之间的一些临界失配应变，90度c/a/c/a畴结构变得不稳定相对于平行于畴壁的极化分量的外观，这导致在形成的异相结构。对于PbTiO_3和BaTiO_3薄膜，用“失配应变-温度”图确定了多畴和异相态的稳定范围。介电异常伴随失配应变驱动的结构转变进行了描述。
1999-07-26 cond-mat.mtrl-sci
Stabilization of Ferroelectric Hf0.5Zr0.5O2 Epitaxial Films via Monolayer Reconstruction Driven by Interfacial Redox Reaction
本文揭示了通过界面氧化还原反应驱动的单层重构机制，可在单胞厚度的La0.67Sr0.33MnO3缓冲层上稳定外延生长亚稳铁电Hf0.5Zr0.5O2薄膜，为探索金属氧化物功能性亚稳相提供了新思路。
2023-07-11 cond-mat.mtrl-sci
Enhance Ferroelectric Structural Distortion via Doping Ca in Epitaxial h-Lu1-xCaxMnO3 Thin Films
该研究在蓝宝石上利用 h-ScFeO3 缓冲层制备 Ca 掺杂 h-LuMnO3 外延薄膜，发现 x≥0.2 可消除界面钳制并增强铁电几何畸变。
2024-08-06 cond-mat.mtrl-sci
Ferromagnetism and Ferroelectricity in epitaxial ultra-thin BiMnO3 films
研究了用射频磁控溅射法生长的压应变和无应变BiMnO_3薄膜的铁电和铁磁性质。在（001）SrTiO3和（110）DyScO3上沉积的BiMnO3样品呈现二维立方叠立方生长模式和伪立方结构，厚度分别为15 nm和25 nm。在这些厚度之上，我们观察到切换到3D岛生长，并且同时结构变化到单斜结构，其特征在于单斜晶胞的（00l）取向。虽然铁磁性观察到低于Tc = 100 K的所有样品，室温下的铁电性的签名，发现只有在伪立方超薄膜，表明电子和结构之间的相关性秩序。
2013-06-05 cond-mat.mtrl-sci
Ferromagnetic resonance in epitaxial films: Effects of lattice strains and voltage control via ferroelectric substrate
铁磁共振（FMR）现象提供了磁性材料物理学的基本信息，也是各种信号处理微波器件的核心。在这里，我们从理论上证明，衬底诱导的晶格应变可能会改变FMR频率的外延铁磁薄膜显着，导致超低和超低的共振频率在室温下。值得注意的是，FMR频率随外延应变的非单调变化，达到最小值对应的应变诱导自旋重取向转变的临界应变。此外，通过将铁磁膜耦合到铁电衬底，可以实现FMR参数的有效电压控制。与以往的研究相比，我们发现FMR频率的可调谐性随外加电场而变化，并在临界场强处显著增加。揭示的功能开辟了广泛的机会，先进的可调磁电器件的基础上应变纳米磁体的发展。
2011-02-28 cond-mat.mtrl-sci
Computational study of (111) epitaxially strained ferroelectric perovskites BaTiO3 and PbTiO3
用密度泛函理论计算了PbTiO 3和BaTiO 3在（111）外延应变下的相变行为。从+0.015的拉伸应变到-0.015的压缩应变，PbTiO 3经历了从C2到两个Cm再到R3 m的相变。总极化被认为是几乎独立的应变。对于相同的应变范围，BaTiO 3经历从单一Cm相，通过R3 m，然后到R-3 m的相变。在这种情况下，压缩应变的施加抑制并且然后完全抑制向非极性R-3 m相转变时的极化。
2008-08-18 cond-mat.mtrl-sci
Enhancing ferroelectric stability: Wide-range of adaptive control in epitaxial HfO2/ZrO2 superlattices
本研究提出利用高质量外延(HfO2)n/(ZrO2)n超晶格解决HfO2极性相亚稳态问题，实现了大厚度范围内稳定的铁电性，并通过第一性原理计算揭示了界面形成能和相变动力学能垒对抑制非极性相的关键作用。
2025-07-01 cond-mat.mtrl-sci
Unraveling ferroelectric polarization and ionic contributions to electroresistance in epitaxial Hf0.5Zr0.5O2 tunnel junctions
基于铁电Hf0.5Zr0.5O2（HZO）势垒的隧道器件为新兴的数据存储和计算技术带来了巨大的希望。器件的电阻状态可以通过适当的写入电压来改变。然而，导致电阻变化的微观机制是铁电极化控制的阻挡特性和缺陷相关的传输机制之间的复杂的相互作用。这里显示的HZO膜的微观结构设置这些贡献之间的平衡的基本作用。氧化膜呈现出相干或非相干的晶界，与HZO膜中的单斜和正交相的存在相关联，这取决于与外延生长的衬底的失配。这些晶界是切换，其允许在仅存在正交相时获得大的（高达450%）和完全可逆的真正极化控制的电阻，或者在两相共存时获得不可逆的和极大的（1000- 100000%）电阻。
2020-06-12 cond-mat.mtrl-sci
Mapping the complex evolution of ferroelastic/ferroelectric domain patterns in epitaxially strained PbTiO3 heterostructures
该研究利用多种显微与衍射手段表征 PbTiO3/DyScO3 异质结构，揭示各向异性应变导致的不对称畴排列及其随膜厚由通量闭合相向 a/c 相和超畴的演化，并发现其偏离 Kittel 定律。
2024-01-29 cond-mat.mtrl-sci
Competing phases and domain structures of ferroelectric perovskites: the benefit of epitaxial (110) growth
Ruhr-University Bochum（波鸿鲁尔大学）
研究通过第一性原理分子动力学模拟，探讨铁电钙钛矿在（110）应变下的相和域结构，发现（110）生长能稳定多种亚稳态，具有高功能可调性。
2026-05-08 cond-mat.mtrl-sci
Ferroelectricity and strain effects in orthorhombic YMnO3 thin films
本文报道了反铁磁斜方晶YMnO_3外延[001]和[100]织构薄膜的介电性质及其在外延压应变下的变化。研究发现，在外加磁场作用下，弱应变YMnO 3薄膜的极化沿c轴方向可转换90度。当减小膜厚和增加外延应变时，铁电有序逐渐被抑制。结构，介电和磁性数据的分析表明，铁电性的抑制，当减少厚度是伴随着一个放大的比例a/b的正交结构的面内单元参数和净磁化的外观。所有结果都可以用正交晶系锰氧化物的多铁性相图来描述。
2010-12-14 cond-mat.mtrl-sci
Critical Effect of Bottom Electrode on Ferroelectricity of Epitaxial Hf0.5Zr0.5O2 Thin Films
在La0.67Sr0.33MnO3（LSMO）电极上外延生长的正交晶系Hf0.5Zr0.5O2（HZO）薄膜具有很强的铁电性，并具有很高的极化、耐久性和保持力。然而，到目前为止，使用其他钙钛矿电极还没有获得类似的结果。在这里，LSMO和其他钙钛矿电极进行了比较。在La掺杂的BaSnO3和Nb掺杂的SrTiO3上生长的HZO薄膜中发现了少量的正交相和低极化，而在LaNiO3和SrRuO3上生长的HZO薄膜中检测到了零量的正交相和极化。电极对稳定相的关键作用不是电极晶格参数差异的结果。界面是至关重要的，和工程上的HZO底部界面只有几个单层的LSMO允许正交相的稳定。此外，虽然特定的二价离子（Sr或Ca）的锰氧化物是不相关的，减少La含量导致的正交相的量和铁电极化的HZO膜的严重减少。
2021-02-18 cond-mat.mtrl-sci
Broad-Range Tuning of Ferroelectric Switching of LaxBi1-xFeO3 Epitaxial Films via Digital Doping using Off-Axis Co-Sputtering
该研究通过离轴共溅射数字掺杂制备宽 La 浓度范围的 LaxBi1-xFeO3 外延薄膜，确定铁电开关保持至 x=0.35，并在 0.35–0.37 间发生尖锐铁电—顺电相变。
2025-10-20 cond-mat.mtrl-sci
Ultrathin epitaxial ferroelectric films grown on compressive substrates: Competition between the surface and strain effects
利用平均场Landau型理论分析了生长在不同立方衬底上的外延铁电薄膜的极化特性，这些薄膜在薄膜平面内产生双轴压应力。通过外推长度的概念考虑了薄膜表面对自发极化的本征影响。该理论同时考虑了厚衬底对薄膜晶格施加的失配应变的影响。数值计算进行了PbTiO 3和BaTiO 3薄膜的表面层的极化减少的假设下。薄膜的平均偏振计算为膜厚，温度和失配应变的函数。结果表明，由于薄膜晶格的面内压缩，外延薄膜中的负本征尺寸效应减小。在室温下，平均极化的强烈降低可能只发生在薄膜（厚度~ 1 nm）。理论预测进行了比较与现有的实验数据上生长的SrRuO 3涂层SrTiO 3的钛酸钡薄膜的极化特性。
2001-11-12 cond-mat.mtrl-sci
Investigation of Room Temperature Ferroelectricity and Ferrimagnetism in Multiferroic AlxFe2-xO3 Epitaxial Thin Films
多铁性材料开辟了在电子设备中设计新功能的可能性，具有低能耗。然而，很少有材料在室温下表现出多铁性，这对于实际使用至关重要。AlxFe_（2-x）O_3（x-AFO）薄膜属于k-Al_2 O_3家族，具有室温亚铁磁性和极性晶体结构。然而，由于薄膜电阻率低，在室温下很难实现其铁电性能。本文采用脉冲激光沉积法在SrTiO_3衬底上制备了低泄漏的x-AFO（0.5 <= x <= 1）外延薄膜<111>。磁性测量证实了室温亚铁磁性的薄膜，但居里温度被发现是由沉积条件的影响。第一性原理计算表明，铁电畴切换发生通过剪切面内的氧层，并预测了24 uC/cm 2的高极化值。然而，实际的铁电测量表明，极化是两个订单less. Presence的多个面内畴，反对相邻畴的极化切换，被认为是观察到的小极化的原因。比较介电弛豫研究和铁电表征表明，氧空位缺陷有助于畴壁运动，这反过来又有利于极化切换。
2019-03-27 cond-mat.mtrl-sci
Interface dominated biferroic La0.6Sr0.4MnO3/0.7Pb(Mg0.33Nb0.66)O3 0.3PbTiO3 epitaxial superlattices
采用脉冲激光沉积技术在（100）LaAlO 3基片上制备了由铁磁La 0.6Sr 0.4MnO 3和铁电0.7Pb（Mg 0，33 Nb 0.66）O3 0.3（PbTiO 3）层组成的超晶格。铁磁和频率无关的铁电滞后特性建立了超晶格的双铁性。观察到磁场对超晶格P-E特性的影响。在向样品施加高DC电场时观察到类似的效果。所观察到的铁电性质的性质和它们的调制所施加的磁场和电场，从而讨论了在铁电/铁磁界面的介电钝化层的存在。
2006-12-27 cond-mat.mtrl-sci
Domain Matching Epitaxy of Ferroelectric Hf0.5Zr0.5O2(111) on La2/3Sr1/3MnO3(001)
外延铁电HfO 2薄膜是最适合调查材料的本征性质和原型新兴设备。在La_（2/3）Sr_（1/3）MnO_3（001）电极上外延稳定了Hf_（0.5）Zr_（0.5）O_2（111）铁电薄膜。这种外延，考虑到对称性的不同和巨大的晶格失配，是不兼容的传统机制的外延。为了深入了解外延机制，扫描透射电子显微镜表征的界面进行，揭示了阵列的位错与短周期。这些观察到的周期性与畴匹配外延的预期一致，表明这种非常规机制可能是在外延Hf0.5Zr0.5O2（111）/La 2/3Sr 1/3 MnO 3（001）异质结构中具有（111）取向的铁电Hf0.5Zr0.5O2的稳定性的主导因素。
2020-06-04 cond-mat.mtrl-sci
Giant Flexoelectric Effect in Ferroelectric Epitaxial Thin Films
我们报道了铁电HoMnO 3外延薄膜中的纳米级应变梯度，导致了巨大的挠曲电效应。使用掠入射面内X射线衍射，我们测量的薄膜中的应变梯度，这是6或7个数量级以上的典型值报告散装氧化物。透射电子显微镜，电气测量和静电计算的组合表明，挠曲电提供了一种手段，调整的铁电外延薄膜的物理性质，如域配置和磁滞曲线。
2011-06-20 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Strain-induced ferroelectricity in CaTiO$_3$ from first principles
第一性原理计算被用来调查的钙钛矿氧化物CaTiO $_3$的结构上的外延应变的影响，特别关注的正交平衡块体$Pbnm$结构中隐藏的极性不稳定性相关的铁电相的稳定，但发现在以前的第一性原理研究的理想立方钙钛矿高对称性参考结构。在1.5%的应变，我们发现之间的$ab$ - $ePbnm$相，有利于压缩应变，和$c$ - $ePbnm$相的外延取向过渡。对于较大的拉伸应变，极性不稳定性的$c$ - $ePbnm$相和外延应变诱导的铁电相的发展获得与极化沿$<$ 110 $>$方向相对于原始钙钛矿晶格矢量的正方形基板。
2009-04-14 cond-mat.mtrl-sci
Effects of Growth Orientations and Epitaxial Strains on Phase Stability of HfO$_2$ Thin Films
铁电性在纯的和掺杂的$_2$基薄膜中的发现重新激发了将铁电体用于纳米器件应用的兴趣。为了利用这种硅兼容的铁电体，铁电性的起源和更好的方法来控制实现在纳米级的铁电性的基本问题，如需要解决。$_2$基薄膜中出现的强极化被认为是各种外在因素的累积效应，如小晶粒的有限尺寸效应和表面/界面效应、压应力、掺杂剂、氧空位和电场。在HfO $_2$中，相变的动力学效应及其对纳米尺度铁电性出现的潜在影响还没有很好的理解。本工作利用密度泛函理论和变胞轻推弹性带技术，构建了不同晶型的纳米材料之间的跃迁路径。我们发现，过渡势垒强烈地依赖于机械边界条件，从四方相到极性正交相的过渡是一个快速的动力学过程下夹紧。研究了生长取向和外延应变对HfO $_2$各相相对稳定性的影响。两个正交相，极性$Pca2_1$和非极性$Pbca$，在（111）取向的薄膜中在宽范围的外延应变条件下变得结晶稳定。这项工作提出了一个潜在的途径，以更好地稳定铁电相的HfO $_2$薄膜，通过衬底取向工程。
2019-05-11 cond-mat.mtrl-sci
Large magnetoelectric coupling in multiferroic oxide heterostructures assembled via epitaxial lift-off
外延过渡金属氧化物膜的应变相关功能特性可以通过衬底选择来显著地修改。然而，大的晶格失配阻碍了铁电衬底上的无位错外延生长，其应变状态被施加的电场改变。在这里，我们克服了这种失配的问题，通过沉积的外延膜的铁磁La0.7Sr0.3MnO3的晶格匹配SrTiO 3的单晶衬底上通过SrRuO 3，我们随后溶解的膜，允许无应变的La0.7Sr0.3MnO3的铁电衬底的0.68Pb（Mg 1/3 Nb 2/3）O3 0.32PbTiO 3在不同的晶体取向的转移。铁电畴切换，和伴随的铁电相变，产生大的非易失性的磁化强度的变化，介导的磁畴旋转在由微结构定义的位置-揭示通过高分辨率的矢量图的磁化强度从光电子显微镜数据构建，与X射线磁性圆二色性的对比。在未来，我们的方法可能会被利用来控制任何成分的位错自由外延膜的功能特性。
2020-06-02 cond-mat.mtrl-sci
Epitaxial Integration on Si(001) of Ferroelectric Hf0.5Zr0.5O2 Capacitors with High Retention and Endurance
在Si（001）衬底上成功地制备了Hf0.5Zr0.5O2铁电薄膜电容器。正交晶系的Hf0.5Zr0.5O2相，[111]面外取向，稳定在薄膜中。薄膜的剩余极化强度Pr接近20 μC/cm ~ 2，与单晶氧化物衬底上的外延薄膜相当。对于约5 MV/cm的写入场，保持时间长于10年，并且对于约4 MV/cm的写入电压，电容器显示出高达1 E9次循环的耐久性。据发现，正交铁电相的形成关键取决于底部电极，实现在La0.67Sr0.33MnO3，但不是在LaNiO 3。在Si（001）上的Hf0.5Zr0.5O2外延膜中的优异铁电性质的展示与需要纳米尺度均匀性的器件的制造以及更好地理解这种有前途的铁电氧化物的本征性质有关。
2019-02-14 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Engineering Polarization Rotation in Ferroelectric Bismuth Titanate
在这里，我们报告了一个结合的实验-理论研究表明，集体应用稀土掺杂的A-网站和外延应变铁电钛酸铋不会导致一个非常大的c-轴极化，如前所述。进一步的第一性原理计算的基础上检查的极化张量表明，同时Bi和Ti位掺杂可能会导致沿钛酸铋的c-轴，这通常是一个优先轴的薄膜生长，从而使c轴取向的薄膜具有可观的极化适度的极化。这种方法也可以适用于其他铁氧化物，其中可以将掺杂、外延应变和极化相关联以设计材料成分，从而导致沿着产生实质极化的期望方向生长的外延膜。
2013-01-24 cond-mat.mtrl-sci
FerroHEMTs: High-Current and High-Speed All-Epitaxial AlScN/GaN Ferroelectric Transistors
我们报告的铁电门在AlScN势垒宽带隙氮化物晶体管的第一次观察。通过直接外延生长实现的这些FerroHEMT器件代表了一类新的铁电晶体管，其中半导体本身是极性的，并且晶体铁电势垒与衬底晶格匹配。本文报道的铁电高电子迁移率晶体管使用迄今为止最薄的氮化物高K和铁电势垒，以4 A/mm提供最高的导通电流，并在任何铁电晶体管中观察到最高速度的AlScN晶体管，其fmax大于150 GHz。铁磁高电子迁移率晶体管表现出滞后的Id-Vgs回路，其亚阈值斜率低于玻尔兹曼极限。一个控制AlN势垒HEMT表现出既不滞后，也不亚玻尔兹曼行为。虽然这些结果将第一个外延高K和铁电势垒技术引入RF和mm波电子学，但它们也是数字电子学中结合存储器和逻辑功能的新材料平台。
2023-02-28 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
