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
Polar metals as electrodes to suppress the critical-thickness limit in ferroelectric nanocapacitors
增强用于存储器装置和逻辑的纳米级铁电（FE）场效应晶体管和FE电容器的性能依赖于使金属电极/铁电区域结晶化并减小绝缘体的厚度。尽管尺寸减小改善了数据保持、提供了较低的电压阈值切换并增加了面密度，但它们也降低了功能性电极化的强度。存在一个临界纳米长度$t_\mathrm{FE}^*$，低于该长度，由于去极化场效应，极化消失。在这里，我们将展示如何克服施加在铁电性的临界厚度限制，利用电极形成的一类新的材料称为极性金属。对对称极性金属电极/FE电容器结构的电子结构计算表明，当电极中的极轴分量垂直于电极/绝缘体界面时，电极化的强度可以用$t_\mathrm{FE}^*\rightarrow0$持续到亚纳米尺度。我们的研究结果揭示了界面偶极相干性在维持极化中的重要性，这为基于原子尺度结构的功能设计提供了一个平台，这些功能在减小的维度中恶化。
2017-07-21 cond-mat.mtrl-sci
Thickness-dependent in-plane polarization and structural phase transition in van der Waals Ferroelectric CuInP2S6
范德华（vdW）层状材料具有比层内结合更弱的层间结合，因此沿堆叠方向的剥离使得能够实现具有新兴物理性质和功能的单层或少层vdW材料。近年来，由于其在高密度存储器件中的潜在应用，vdW材料的铁电性引起了人们的新兴趣。随着厚度的减小，表面能、退极化场和界面化学键之间的竞争可能导致铁电性和晶体结构的改变，这一点的研究有限。结合压电响应力显微镜扫描和接触共振成像，我们报道了vdW铁电体CuInP 2S 6（CIPS）单晶中存在本征面内极化，而在低于90-100 nm的临界厚度时，面内极化消失。杨氏模量在临界厚度处也表现出突然的刚度。基于密度泛函理论计算，我们将这些行为归因于从单斜到三角结构的结构相变，并通过透射电子显微镜技术进一步证实了这一点。综上所述，这些发现表明了结构相变对于增强vdW铁电体的丰富功能性和广泛实用性的基础重要性。
2019-11-20 cond-mat.mtrl-sci
Size effects in the thin films of order - disorder ferroelectrics subject to the depolarization field
在考虑退极化场的平均场近似下，对有序-无序型铁电薄膜进行了研究。结果表明，该体系的尺寸效应可以用居里温度依赖于薄膜厚度的体系统状态方程来描述。考虑退极化场的影响，计算了从铁电相到顺电相相变的临界尺寸hc和临界温度Tc。比较了有序-无序型和位移型铁电薄膜的极化随薄膜厚度、温度和电场的变化关系。特别是，它表明，所有的偶极子成为有序的T=0独立的膜厚度h>hc相反的位移型铁电体。位移型铁电体的临界厚度比有序-无序型铁电体的大，极化分布比有序-无序型铁电体的尖锐。
2004-06-30 cond-mat.mtrl-sci
Lateral Size and Thickness Dependence in Ferroelectric Nanostructures Formed by Localized Domain Switching
铁电纳米结构可以通过使用诸如压电力显微镜（PFM）的技术局部切换域来形成。理解横向尺寸效应对于确定写入铁电纳米结构的最小特征尺寸是重要的。为了理解这些横向尺寸效应，我们使用时间相关的金斯堡-朗道方程来模拟PFM型和平行板电容器配置的局域切换域。我们的研究表明，边缘电场导致切换通过90度域楔形成核较厚的薄膜，而在较小的厚度，极化开关直接由180度旋转。通过减小横向尺寸来增加切换畴所需的电压，并且在非常小的横向尺寸处，矫顽电压变得如此之大，以至于几乎不可能切换畴。在所有情况下，由于边缘效应，切换区域的宽度延伸超出电极。
2008-05-06 cond-mat.mtrl-sci
Thickness-Controlled Ferroelectric-to-Ionic Transport in CuCrP2S6 at Room Temperature
Morgan State University（摩根州立大学）
本研究通过厚度调控与光辅助界面能带工程，揭示了超薄CuCrP2S6中铁电性与离子输运的拮抗机制，实现了铁电开关与Cu+迁移主导的忆阻行为之间的可控转变。
2026-10-05 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
Anti-Ferroelectric Thin Films Phase Diagrams
本文研究了反铁电薄膜的相变和极性的尺寸效应。我们改进了Kittel提出的现象学方法。采用直接变分法求解欧拉-拉格朗日方程。导出了重整化系数随膜厚变化的自由能。得到了该系数随膜厚、温度、极化梯度系数和外推长度变化的近似解析表达式。研究了薄膜厚度减小时，反铁电双电滞回线向铁电单电滞回线的转变。提出的理论考虑解释了反铁电PbZrO_3薄膜的实验结果。
2006-08-30 cond-mat.mtrl-sci
Tunable and temporally stable ferroelectric imprint through polarization coupling
在这里，我们展示了一种方法来调整铁电印记，这是稳定的时间，基于ZnO的不可切换的极化和PbZrxTi（1-x）O3的可切换的极化之间的耦合。生长了不同ZnO厚度的SrRuO 3/PbZrxTi（1-x）O3 /ZnO/SrRuO 3异质结构。结果表明，矫顽电压和铁电印记随ZnO厚度的变化呈线性关系。研究还表明，铁电压印在电场循环和电场应力辅助时效下保持稳定。
2016-04-19 cond-mat.mtrl-sci
Interface-Controlled Ferroelectricity at the Nanoscale
最近的实验结果表明，在薄膜中，铁电性持续到几个晶胞的膜厚度。这一发现为基于超薄铁电体的新型电子器件开辟了一条道路，但也提出了有关控制铁电性的因素和纳米级铁电状态的性质的问题。在这里，我们报告的第一性原理研究KNbO 3铁电薄膜放置在两个金属电极，无论是SrRuO 3或Pt。我们发现，铁电-金属界面的键合对原子的位移施加了严格的约束，破坏了铁电薄膜中的体四极软模。然而，这并不消除局部极化。如果界面键合足够强，则基态表示由两个界面处的本征相反取向的偶极矩驱动的铁电双畴结构。虽然KNbO 3膜的净极化的临界厚度是有限的-对于Pt约为1 nm，对于SrRuO 3电极约为1.8 nm-局部极化持续到单位电池的厚度。
2005-10-21 cond-mat.mtrl-sci
Effects of Strain and Film Thickness on the Stability of the Rhombohedral Phase of HfO2
HfO_2基薄膜的铁电极化特性的发现，由于其在数据存储方面的潜在应用，引起了人们极大的兴趣。最近，一种新的R3m菱面体相被认为是导致[111]取向Hf0.5Zr0.5O2薄膜铁电性出现的原因，但对这种薄膜铁电极化的基本机制仍知之甚少。在本文中，我们采用密度泛函理论计算研究的R3m HfO2相的结构和偏振特性。我们发现，膜厚度和面内压缩应变效应在稳定R3m相中起着关键作用，从而导致[111]取向的R3m HfO2的强铁电性。
2020-01-24 cond-mat.mtrl-sci
Improper ferroelectricity in ultrathin hexagonal ferrites film
针对超薄非本征铁电六方铁氧体薄膜铁电性抑制的定量认知缺失问题，研究者通过原位RHEED研究外延h-ScFeO3薄膜的相变，结合界面钳制模型与朗道理论解释居里温度的厚度依赖性，发现临界厚度与界面钳制层特征长度成正比，为实现超薄薄膜稳定非本征铁电性提供指导。
2023-02-13 cond-mat.mtrl-sci
Static and dynamic properties of ferroelectric thin film multilayers
发展了铁电薄膜多层膜的热力学理论。自由能函数使用多层模型写下，其中一种铁电材料的c-畴层与第二铁电材料的a-畴层交替。我们假设界面是完全尖锐的，并且在这些边界处的极化为零。考虑到由于薄膜中的应力和去极化场的自由能系数的重正化，以及极化梯度系数的重正化。平衡非均匀极化温度和它的厚度依赖性确定从Euler-Lagrange方程的自由能泛函的最小化所产生的解决方案。结果表明，存在厚度诱导铁电相变，其相变温度和临界层厚度依赖于畴取向。通过自由能量密度和层厚系数计算并表示了“a/c”、“c/c”和“a/a”畴多层的判据。计算的多层膜的磁化率发散的厚度诱导铁电相的转变温度。这种分歧被证明是在一些多层膜中观察到的巨介电响应的起源。该理论对最近在PbTiO $_{3}$ -Pb $_{1-x}$ La $_{x}$ TiO $_{3}$（$x=0.28$）多层膜中观察到的巨磁化率的温度依赖性给出了很好的拟合。
2000-04-15 cond-mat.mtrl-sci
The Effects of a Non-Ferroelectric Slab on the Polarization and the Susceptibility of the Ferroelectric Multilayer
在含四自旋相互作用项的横向伊辛模型框架下研究了含非铁电层的铁电多层膜的极化和极化率。本文研究了非铁电平板的厚度和位置的影响。我们发现非铁电层厚度的增加会降低薄膜的极化率和极化率。如果非铁电层的位置从薄膜中心向表面移动，磁化率峰的数目将发生变化。极化曲线呈阶梯状。
2002-09-16 cond-mat.mtrl-sci
Non-monotonic thickness dependence of Curie temperature and ferroelectricity in Two-dimensional SnTe film
最近，观察到原子薄膜SnTe的居里温度（Tc）高于体材料（Chang et.例如，Science 353，274（2016））极大地促进了对二维（2D）铁磁材料的研究。然而，这种现象的起源还没有得到彻底的研究，这阻碍了理解和设计的新材料的铁电秩序在2D极限。利用密度泛函理论研究了二维SnTe的结构和铁电性质，揭示了厚度依赖性。计算结果表明，由于表面效应的影响，二维SnTe自动转变为周期性的双层结构。此外，基于双阱势和原子畸变分析，我们发现二维SnTe的Tc高于体相对应物，更令人惊讶的是，Tc表现出不寻常的非单调的厚度依赖性，具有明显的原子畸变和居里温度最大值在8个原子层。此外，这种非单调的依赖性是敏感的外部应变，它可以很容易地调整由外部压应变。
2018-05-18 cond-mat.mtrl-sci
Ferroelectric domain inversion and its stability in lithium niobate thin film on insulator with different thicknesses
对铁电畴反转及其对绝缘体上锂氧化物薄膜（LNOI）稳定性的影响进行了实验研究。选择了两组不同厚度的样品，厚度从亚微米到微米不等。对于微米厚的样品（~28 μ m），域结构通过脉冲电场极化与通过光刻图案化的电极来实现。使用偏光显微镜和蚀刻检查一个月没有观察到畴结构恶化。对于亚微米（540 nm）薄膜，大面积畴反转是通过在压电力显微镜中扫描偏置的导电针尖来实现的。采用图形处理的方法对电畴保持率进行了评价。获得了25.0 h的畴寿命，并讨论了可能的机制。我们的研究为LNOI的磁畴结构相关应用提供了直接参考，包括导波非线性频率转换，非线性波前剪裁，电光调制和压电器件。
2016-04-19 cond-mat.mtrl-sci
Theory of the size effect of the properties of the relaxor ferroelectric films
首次提出了在随机场理论框架内计算弛豫铁电薄膜性质的模型。我们考虑了薄膜和衬底之间的失配应变以及引起应变薄膜内建电场的表面压电效应。在统计理论框架下，计算了以电偶极子和电单极子为场源的随机场分布函数。结果表明，随着厚度的减小，平均场减小，而分布函数的宽度增加。这导致与体弛豫剂相比，膜中的相变的额外拖尾。作为例子，得到了薄膜的序参量和介电常数随薄膜厚度、温度和随机场分布函数参数的变化关系。对于自支撑膜，预测了弛豫态转变为玻璃态的临界厚度的存在。与此相反，失配应变诱导铁电相的出现似乎是可能的一些对薄膜-衬底。我们证明了弛豫铁电薄膜的磁化率温度最大值随频率的漂移服从Vogel-Fulcher定律，其参数依赖于薄膜厚度。首次得到了凝固温度和激活能随膜厚的变化关系，即凝固温度随膜厚的减小而降低，激活能随膜厚的减小而增大。所得结果与已有的PbMg_（1/3）Nb_（2/3）O_3弛豫薄膜的实验数据定量一致。
2005-07-26 cond-mat.mtrl-sci
Unusual behaviour of the ferroelectric polarization in PbTiO$_{3}$/SrTiO$_{3}$ superlattices
采用离轴射频磁控溅射法制备了PbTiO $_{3}$ /SrTiO $_{3}$超晶格。利用X射线衍射和压电原子力显微镜研究了PbTiO $_{3}$与SrTiO $_{3}$的比例变化对铁电极化的影响。对于PbTiO $_{3}$层厚度大于结构中使用的3单元晶胞SrTiO $_{3}$厚度，发现极化随着PbTiO $_{3}$厚度减小而减小。这一观察结果证实了退偏场在薄膜中的极化降低中的主要作用。对于PbTiO $_{3}$与SrTiO $_{3}$之比小于1的样品，观察到不能用静电考虑来解释的铁电性的令人惊讶的恢复。
2005-06-17 cond-mat.mtrl-sci
Extrinsic size effect of pyroelectric response of ferroelectric films
我们开发了一个理论模型的热释电响应的主要特性的计算的热释电多层结构，这是现代热释电探测器的辐射和其他传感器的基本元素。在该模型的框架下，研究了铁电薄膜厚度对热释电响应频谱的影响。结果发现，一个显着的外在尺寸效应是固有的热释电响应频谱，如强烈的厚度依赖性的响应最大值和它的频率位置。计算了热释电响应最大值的频率位置和热释电铁电薄膜的最佳厚度随厚度的变化关系。对于Al/P（VDF-TrFE）/Ti/Si热释电结构，理论计算的热释电电流和电压的频谱与实验结果定量一致。该方法对提高热释电器件的灵敏度具有重要意义。获得的解析表达式使我们能够优化的性能的热活性元素使用的尺寸效应的存在，这取决于热活性层和基板的厚度，以及在相应的边界的热活性结构的热传递和交换的条件。
2016-07-03 cond-mat.mtrl-sci
Ferroelectricity and tetragonality in ultrathin PbTiO3 films
在外延生长的c轴取向的PbTiO_3薄膜中，厚度从500埃到24埃，四方性随厚度的演变已被探测到。高分辨率的X射线指出，随着膜厚度的减小，c轴晶格参数在200埃以下系统地减小。使用第一性原理模型哈密顿方法，四方性的减少与归因于残余未屏蔽去极化场的存在的极化的减少有关。结果表明，低于50埃的薄膜显示出显着降低的极化，但仍然保持铁电。
2004-10-01 cond-mat.mtrl-sci
Evolution of ferroelectricity with annealing temperature and thickness in sputter deposited undoped HfO$_2$ on silicon
本文研究硅上溅射未掺杂 HfO$_2$ 的退火温度与膜厚对铁电性的影响，确定 600–700 ℃、15–20 nm 为最佳窗口，实现约 35.5 μC/cm$^2$ 的 2Pr 和约 $10^8$ 次无唤醒耐久循环。
2023-04-25 cond-mat.mtrl-sci
Monodomain to polydomain transition in ferroelectric PbTiO3 thin films with La0.67Sr0.3MnO3 electrodes
在La_（0.67）Sr_（0.33）MnO_3外延电极上生长的一系列钙钛矿c轴取向PbTiO_3薄膜中，研究了铁电薄膜的有限尺寸效应。薄膜厚度范围从480下至28 A（7个单元电池）。使用高分辨率X射线衍射测量研究的膜的四方性C/A的演变，示出了首先随着膜厚度的减小而减小的C/A，随后在小厚度处恢复C/A。这种恢复是伴随着从一个单域到多域配置的极化的变化，直接证明了由piezoresponse原子力显微镜测量。
2006-11-15 cond-mat.mtrl-sci
Overcoming the Fundamental Barrier Thickness Limits of Ferroelectric Tunnel Junctions through BaTiO3/SrTiO3 Composite Barriers
铁电隧道结（FTJ）作为非易失性存储器的一种有前途的候选材料，吸引了越来越多的研究兴趣。近年来，通过对电极材料的改性，隧穿电阻（TER）得到了显著的增强。然而，通过修改隧道势垒的FTJ性能的直接控制还没有得到充分的探讨。在这里，增加了一个新的方向FTJ的研究，我们制作FTJ与钛酸钡单一的障碍（SB-FTJ）和钛酸钡/SrTiO 3复合屏障（CB-FTJ），并报告了FTJ性能的系统研究，通过不同的屏障厚度和组合物。对于SB-FTJ，TER受到明显的漏电流的限制，对于厚势垒和极小的隧穿电流。对于CB-FTJ，额外的SrTiO 3势垒提供了额外的自由度来调节势垒电位和隧穿行为。由此产生的高可调谐性可以用来克服势垒厚度限制，并提高整体CB-FTJ性能超过SB-FTJ。我们的研究结果揭示了一个新的范例，通过设计具有混合功能的多层隧穿势垒来操纵FTJ。
2017-07-22 cond-mat.mtrl-sci
Size effects of pyroelectric coefficient and dielectric susceptibility in ferroelectric thin films
计算了铁电薄膜的高温系数、静态介电极化率分布及其与厚度的关系。并计算了上述量的温度依赖性。对于计算，我们使用朗道唯象理论，导致拉梅方程。这些方程的边界条件与不同的外推长度的表面上已经数值求解。铁电薄膜在厚度诱导铁电相变附近（即在$l\approx l_c$或$% T\approx T_{cl}$处）的热释电系数和静态介电常数的发散已被证明是铁电薄膜中最突出的尺寸效应。
2001-03-03 cond-mat.mtrl-sci
Internal electric field originated from mismatch effect and its influence on ferroelectric thin film properties
在唯象理论框架下计算了铁电薄膜的性质。将定义欧拉-拉格朗日微分方程边界条件的表面能表示为表面张力能。后者通过与衬底和薄膜晶格常数和热膨胀系数失配有关的表面极化和张力张量来表示。计算了薄膜的极化分布、温度、厚度和外电场的依赖关系、磁滞回线以及平均介电常数随温度和薄膜厚度的依赖关系，考虑了失配诱导极化Pm，导致内部厚度依赖场的出现。它已被证明，这个领域的影响急剧所有的属性行为。特别地，极化曲线变得不对称，平均极化温度依赖性类似于外部电场中的平均极化温度依赖性，并且存在外部场被内部场屏蔽的可能性。磁滞回线的不对称性使我们有可能假设最近在某些薄膜中观察到的自极化现象与失配效应有关。当体材料的Pm值小于极化强度PS时，存在厚度诱导铁电-顺电相变。足够大的失配效应可能是铁电薄膜中铁电相守恒的物理原因。的可能性，以观察的特殊性的薄膜性能的温度和厚度的依赖关系有关的失配效应进行了讨论。
2004-02-25 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
Appearance of ferroelectricity in thin films of incipient ferroelectric
在Ginsburg-Landau-Devonshire唯象理论框架下，对钙钛矿结构的常规和初始铁电薄膜的尺寸诱导铁电-顺电相变进行了研究.考虑了更一般形式的表面自由能展开，包括本征表面应力张量、表面压电效应和电致伸缩以及表面极化的二次和四次幂。导出了常规铁电体和初始铁电体的转变温度与厚度关系的解析表达式。结果表明，虽然没有铁电体中的初始铁电体，它出现在薄膜的负外推长度，实现例如在正的表面应力系数和负或零失配应变。在我们的研究中，我们得出了在室温下，对于足够薄的薄膜，初始铁电体KTaO_3中的厚度诱导铁电性的结论。类似的表面效应可以强烈地影响另一种初始铁电体SrTiO 3的薄膜中的相变。
2007-04-15 cond-mat.mtrl-sci
Mechanism-Resolved PFM of Ferroionic and Ferroelectric Responses in Thickness-Gradient Hf0.5Zr0.5O2 Libraries
University of Tennessee, Knoxville（田纳西大学诺克斯维尔分校）；University of Maryland, College Park（马里兰大学帕克分校）；Pacific Northwest National Laboratory（太平洋西北国家实验室）
本文通过厚度梯度库与自动化SPM结合，揭示了铁电薄膜生长机制及铁电与电化学响应的区分。
2026-02-27 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Domain evolution in bended freestanding BaTiO3 ultrathin films: a phase-field simulation
过氧化物铁电氧化物通常被认为是脆性材料，然而，最近的工作[Dong等人，Science 366，475（2019）]证明了独立BaTiO 3薄膜中的超弹性。这一特性可能来源于铁电畴在弯曲过程中的演化，这在实验中是很难观察到的。因此，了解薄膜的弯曲变形、厚度和畴动力学之间的关系对于它们在柔性铁电器件中的潜在应用至关重要。本文采用相场模拟方法研究了BaTiO_3自支撑薄膜在40°大弯曲变形下的铁电极化动力学。铁电畴的演化揭示了从磁通闭合到具有“涡旋状”结构的a/c畴的转变，这是由面外铁电极化的增加引起的。此外，通过在相同的弯曲情况下改变膜厚度，我们发现只有当膜厚度达到12 nm或更高时，才出现具有“涡旋状”结构的a/c相。研究结果为弯曲铁电钙钛矿氧化物薄膜的微结构演化提供了有益的信息，为铁电薄膜在柔性电子器件上的应用提供了指导。
2020-03-29 cond-mat.mtrl-sci
Ferroelectricity in tetragonal ZrO$_2$ thin films
本文研究了不同厚度外延 ZrO$_2$ 薄膜的结构与铁电性，发现四方相薄膜在 31 nm 厚度内表现出随厚度增加而减弱的铁电行为，揭示了厚度、衬底应变和表面效应对极化的促进作用。
2023-07-31 cond-mat.mtrl-sci
Depletion layer-induced size effects in ferroelectric thin films: A Ginzburg-Landau model study
采用Ginzburg-Landau模型研究了耗尽层对薄膜铁电性能的影响。结果表明，自由电荷层在膜电极界面上可以导致一个内部的电场在大部分的膜，即使没有施加外部电压。在施主掺杂剂密度的高值和小厚度下，该内部电场可以足够强以导致域图案的形成。这会导致剩余极化的下降;这直接证明了自由电荷在铁电薄膜中的重要作用。
2013-04-18 cond-mat.mtrl-sci
Thickness-dependent crack suppression and wrinkle formation in freestanding BaTiO3 membranes
Technical University of Denmark (DTU)（丹麦技术大学）
研究独立BaTiO3薄膜中裂纹与皱纹形成问题，通过联合控制氧化物与聚合物支撑厚度来调节，如改变BaTiO3厚度会出现裂纹与皱纹的权衡，聚合物支撑厚度也影响皱纹，还揭示了相关影响因素，为集成铁电体到未来设备建立加工指南。
2026-07-23 cond-mat.mtrl-sci
Distribution function of the random field and polar properties of the relaxor ferroelectric films
提出了弛豫铁电薄膜性能的计算模型。该模型的基础是随机场理论。这种电场是由于薄膜表面的化学无序作用，破坏了薄膜的极性长程序，使其转变为铁电玻璃（FG）或偶极玻璃（DG）的混合态。利用随机场分布函数计算了弛豫铁电薄膜的空间分布和膜内坐标平均值。作为例子，得到了序参量与膜厚、温度和分布函数特性的关系。计算了尺寸驱动的从FG态到DG态相变的临界厚度和温度随薄膜和分布函数特性的变化关系。
2004-12-15 cond-mat.mtrl-sci
Size Effects in Ferroelectric Thin Films: The Role of 180 degree domains
由于铁电薄膜中未补偿的表面电荷而产生的退极化场可以将铁电相抑制在临界尺寸以下。最近的实验表明，180度畴结构可以帮助在薄至3个晶胞的薄膜中稳定铁电性。利用含时Ginzburg-Landau理论研究了铁电薄膜的电畴结构对尺寸效应的影响。该模型通过考虑上下表面的非铁电钝化层来考虑退极化场的影响。我们表明，180度的畴尺寸减小，薄膜厚度的减少和膜突然成为顺电低于临界尺寸。180度域出现在极化切换引起的剩余极化的时间依赖性弛豫，与最近的实验一致。去极化引起的畴壁运动显著改变了小厚度下极化-电场（P-E）环的形状。
2006-11-15 cond-mat.mtrl-sci
Correlation radius in thin ferroelectric films
本文给出了具有面内（a-膜）和面外（c-膜）极化取向的厚度为L的铁电薄膜的极化涨落的剖面、平均值、相关半径和广义极化率的解析计算。计算中考虑了极化梯度、表面能和退极化场的贡献。对于二阶铁电体的相关半径和广义磁化率发散的薄膜临界厚度Lcr的预期。在无退极化场的情况下，表面能和极化梯度决定了薄膜厚度引起的相变、相关半径和相变点的广义磁化率发散等尺寸效应。对于强退极化场的碳膜，其表面能、极化梯度、与极化不均匀分布有关的本征退极化效应以及电极中的不完全屏蔽决定了相关半径和广义极化率尺寸效应。在合理的材料参数下，所有因素的贡献是相当的，但可以很容易地通过改变表面能系数、极化梯度贡献和筛选条件来调整。
2009-07-01 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
Ultrafast reversal of the ferroelectric polarization
长期以来，以超快速度操纵铁电体的能力一直是材料研究的一个难以捉摸的目标。用超短光脉冲相干激发铁电模式有望在飞秒时间尺度上切换铁电极化，与今天用脉冲电场可能的情况相比快两个数量级。在这里，我们报告的演示超快光学反转的铁电极化铌酸锂。而不是直接驱动铁电模式，我们耦合到它间接的辅助高频声子模式与飞秒中红外脉冲的共振激发。由于这些模式之间的强非谐耦合，原子沿铁电模式定向位移，极化瞬时反转，如时间分辨，相敏二次谐波产生所揭示的。这种逆转可以在两个方向上引起，这是实际应用的关键先决条件。
2017-03-24 cond-mat.mtrl-sci
Ferroelectric domain scaling and electronic properties in ultrathin BiFeO3 films on vicinal substrates
我们报告电切换极化和铁电畴缩放在5 - 100 nm的厚度范围内的BiFeO3薄膜沉积在[110]邻位衬底。采用脉冲激光沉积技术沉积了不同厚度的BiFeO3薄膜，底层为SrRuO3。这些膜具有分形畴图案，畴宽度与膜厚度的平方根密切相关，符合Landau-Lifschitz-Kittel（LLK）定律。压电响应力显微镜的开关光谱为所有薄膜的铁电开关行为提供了明确的证据。利用准粒子自洽GW（QPGW）近似，我们研究了与直接隧穿行为有关的物理参数，即电子的有效质量和有效势垒高度。对于菱形BFO，我们报告了一个大的有效势垒高度值为3.6 eV，这是在合理的协议与纳米级的运输测量。QPGW研究具有P4mm对称性的四面体BFO结构揭示了0.38 eV的势垒高度，与其菱形对应物相比显著更低。这种差异对近四方BFO相的输运性质具有非常重要的影响。
2010-12-28 cond-mat.mtrl-sci
Ferroelectric Phase Transitions in Ultra-thin Films of BaTiO3
我们提出了一个现实的模型的钛酸钡$_3$夹在短路的电极，以确定和理解膜的厚度，外延应变和电极的性质对其铁电相变的影响作为温度的函数的分子动力学模拟。我们确定了一个完整的外延应变温度相图中存在的完美电极。即使消失的去极化场，我们发现，铁电相变的状态与平面内和平面外的极化分量表现出厚度的依赖性，它产生的相互作用的局部偶极子与他们的静电图像中存在的电极。第二，在存在相对较差的金属电极的情况下，其仅部分地补偿表面电荷和去极化场，在低温下稳定具有条状畴的定性不同的相。
2007-05-24 cond-mat.mtrl-sci
Depolarizing field and "real" hysteresis loops in nanometer-scale ferroelectric films
我们详细分析了Kim等人[Phys. Rev. Lett.] 95，237602（2005）]。利用Landau理论计算了SrRuO 3/SrTiO 3衬底上应变BaTiO 3薄膜的均匀态临界厚度及其畴形成稳定性。而前者（2.5nm）与从头计算给出的相同，实际临界厚度由畴设定为1.6nm。极化弛豫有较大的Merz激活场。值得注意的是，结果显示了一个负斜率的“实际”磁滞回线，一个标志的域结构在理想的薄膜与不完善的屏蔽。
2006-08-14 cond-mat.mtrl-sci
Finite-size effects on the ferroelectricity in rhombohedral HfO$_2$
在这项工作中，我们分析了有限尺寸效应的结构性能和HfO $_2$的菱形相的极化进行双轴压缩应变。我们展示了表面电荷的存在如何影响极化，导致其体积值的强烈减少。这种减少可以归因于两种机制：压缩应变和相变序参量之间的耦合;铁电畸变的变化。我们给出了两种不同的解释这种现象：从原子的角度来看，分析的键长的演变，并从一个分析的角度来看，考虑的振幅的变化，当板配置被认为是允许的扭曲。这些结果是独立的板厚度在所考虑的范围内，这表明在HfO $_2$的铁电性的临界厚度的情况下，与建议的不适当的性质的氧化铪铁电性的协议。
2022-04-11 cond-mat.mtrl-sci
Path to finding the critical thickness for memory in thin ferroelectric films
实际金属电极的有限屏蔽长度（尽管非常小（<1A））导致有限的去极化场，其倾向于将膜分裂成域。在非常薄的铁电薄膜中，畴结构减少到极化的正弦分布，这在20世纪80年代首次被考虑。我们讨论了这种结构和单畴状态之间的相变，并表明它是一阶的，如果它存在的。另一种可能性是，在零偏置电压下的单畴态在大多数系统中的所有温度下都是亚稳态。这种情况定义了一种解决找到系统参数的问题的路径，该系统参数可以在期望的时间段内维持铁电存储器。
2008-09-01 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.stat-mech
Ferroelectricity in AlScN: Switching, Imprint and sub-150 nm Films
AlScN中铁电性的发现首次清晰地观察到纤锌矿晶体结构中的效应，从而产生了具有前所未有的非常大的矫顽场（2-5 MV/cm）和剩余极化（70-110 $μ$ C/cm $^2$）的组合的材料。我们获得了初步的洞察AlScN的开关动力学，这表明一个域壁运动有限的过程从电极界面的进展。此外，印记一般观察到在AlScN膜，可以暂时追溯到与内部和外部的极化和字段，分别与带电缺陷的对齐。从应用的角度来看，铁电性可能是至关重要的，可以在厚度低于30 nm的薄膜中观察到-因为发现AlScN的矫顽场在很大程度上与600 nm和27 nm之间的厚度无关。
2020-10-12 cond-mat.mtrl-sci
Phase Diagrams and Domain Splitting in Thin Ferroelectric Films with Incommensurate Phases
在Landau-Ginzburg-Devonshire理论的框架下，研究了具有无公度相的铁电薄膜的相图和半导体性质。我们进行了分析计算和相场建模的温度和厚度的依赖关系的周期的无公度180度域结构出现在薄膜覆盖有完美的电极。结果发现，从顺电到无公度相的转变温度以及无公度畴结构的周期强烈依赖于膜厚度，表面能和梯度能的贡献。研究结果可为研究具有无公度相的纳米铁电材料中畴结构的温度依赖性提供参考。
2009-12-22 cond-mat.mtrl-sci
Coexistence of ferroelectric and ferrielectric phases in ultrathin antiferroelectric PbZrO3 thin films
Catalan Institute of Nanoscience and Nanotechnology (ICN2)（加泰罗尼亚纳米科学和技术研究所）；School of Aerospace, Mechanical and Mechatronic Engineering, The University of Sydney（悉尼大学航空航天、机械与机电工程学院）；Institut Català de Recerca i Estudis Avançats (ICREA)（加泰罗尼亚研究与高级研究学院）
研究发现超薄PbZrO3薄膜在临界厚度范围内同时存在铁电和铁铁电相，揭示了其微结构特性对性能的影响。
2024-08-01 cond-mat.mtrl-sci
Ferroelectricity in ultra-thin perovskite films
我们报告的铁电性超薄钙钛矿薄膜与现实电极的研究。结果表明，在小于10 μ m厚的薄膜中，铁电态稳定，极化方向垂直于表面。在短路边界条件下，研究了真实电极的屏蔽效应和真实金属/氧化物界面对薄膜极化的影响。我们的研究表明，金属屏蔽从电极的氧化物表面的功函数的差异的影响。我们在铁电PbTiO $_3$和BaTiO $_3$薄膜中证明了这种效应。
2005-05-03 cond-mat.mtrl-sci
Mechanism of ferroelectric thin films self-polarization phenomenon
本文在唯象理论框架下，考虑了三个Euler-Lagrange方程，计算了极化的三个分量，包括失配效应和失配位错的影响，表面张力和退极化场。这些方程是用我们以前提出的变分法求解的。这种方法导致自由能的形式的代数方程的不同功率的偏振分量的系数依赖于膜厚，失配效应，温度和其他参数。在自由能表达式中出现了几个与失配应变成正比的新项：垂直于表面的内建电场源于表面附近的压电性，甚至在体铁电体的立方对称性中，体转变温度通过电致伸缩的重整化，垂直于表面的极化分量的奇次幂。所得到的自由能使得有可能通过常规的最小化程序来计算膜的所有性质。结果表明，在这两种情况下，自极化相位都存在于上述坐标的一定区域内，其本质是失配效应。热释电系数和介电常数对温度、应变和厚度的依赖性的计算表明了这些量的不寻常行为，例如，在厚度小于铁电-顺电相变的临界厚度时存在热释电。
2004-11-18 cond-mat.mtrl-sci
Anomalous domain periodicity observed in ferroelectric PbTiO3 nanodots with 180o stripe domains
PbTiO 3基纳米点和纳米管由于其在非易失性存储器和多功能器件中的潜在应用而受到广泛关注。关于铁电薄膜中180 °条纹畴的尺寸效应，已有大量关于厚度依赖的畴周期性的报道。所有这些研究表明，根据经典的Landau-Lifshitz-Kittel（LLK）标度定律，180 °条纹畴的畴周期性与膜厚度（d）成比例，直到约2nm的厚度。然而，在PbTiO 3纳米点的情况下，我们获得了一个非常惊人的相关性，即对于小于某个临界值dc（~35 nm）的厚度，畴宽度甚至随着纳米点厚度的减小而增加，这令人惊讶地表明LLK标度律指数为负值。直流电的理论考虑的基础上，我们属性的非铁电表面层的存在下，除了铁电纳米点的有限的横向尺寸效应，这种异常的域周期性。
2013-01-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Direct evidence for ferroelectric polar distortion in ultrathin lead titanate perovskite films
用X射线光电子衍射直接研究了PbTiO_3外延薄膜中与铁电性相关的晶格内极性原子畸变和四方性。我们的测量，结合从头计算，明确地表明非中心对称的薄膜几个单位电池厚，意味着薄膜薄至3个单位电池仍然保持铁电极性失真，也表明，没有厚的顺电死层的表面。
2005-11-03 cond-mat.mtrl-sci
Polarization Relaxation Induced by Depolarization Field in Ultrathin Ferroelectric BaTiO$_3$ Capacitors
研究了高质量SrRuO $_{3}$ /BaTiO $_{3}$ /SrRuO $_{3}$在去极化场$E_{d}$作用下的极化弛豫行为。$E_d$值通过实验从施加的外部场确定，以停止净极化弛豫。这些值与静电计算的值一致，表明在铁电层内部的大的$E_{d}$可以引起严重的极化弛豫。对于许多电容器结构的铁电器件，这种效应将设置比临界厚度问题更严格的尺寸限制。
2005-10-14 cond-mat.mtrl-sci
A Microscopic Model of Ferroelectricity in Stress-free PbTiO3 Ultrathin Films
利用第一性原理计算得到的微观有效哈密顿量研究了PbTiO 3薄膜的基态极化。在短路电边界条件下，厚度低至三个晶胞的（001）薄膜具有垂直极化的铁电基态，且表面极化显著增强。
2000-03-16 cond-mat.mtrl-sci
Interface effects in ferroelectric PbTiO$_3$ ultrathin films on a paraelectric substrate
采用原子间相互作用势方法研究了沉积在SrTiOPDMATHABMM衬底上的PbTiOPDMATHABMM铁电薄膜的界面效应。我们发现，在薄膜/衬底界面的原子位移的相关性是至关重要的稳定的铁电状态的薄膜几个单位细胞厚。我们表明，最小膜厚度的外观的自发极化畴状态是不是铁电薄膜的本征性质，但依赖于顺电衬底的极化率。我们还观察到，基板显示出一个不寻常的振荡行为的诱导极化。
2006-03-15 cond-mat.mtrl-sci
Ultrafast Polarization Switching via Laser-activated Ionic Migration in Ferroelectric CuInP$_2$S$_6$
本研究发现短激光脉冲可通过光掺杂效应改变势垒、触发集体离子迁移，在层状铁电材料CuInP$_2$S$_6$中实现数百飞秒的超快可逆极化翻转，为超快操控铁电态与探索新奇量子相提供了新途径。
2024-12-13 cond-mat.mtrl-sci
On the persistence of polar domains in ultrathin ferroelectric capacitors
超薄膜中铁电有序的不稳定性是与实现具有增强功能的许多电子器件（例如铁电和多铁性隧道结或铁电场效应晶体管）相关的最重要的基本问题之一。在本文中，我们研究了典型的铁电异质结构的极化状态：外延单晶BaTiO $_3$薄膜夹在最常用的钙钛矿电极之间，SrRuO $_3$，最常用的钙钛矿衬底，SrTiO $_3$。我们使用的piezoresponse力显微镜，介电测量和结构表征的组合，提供确凿的证据，为铁电性质的弛豫极化状态的BaTiO $_3$电容器。我们发现，即使SrRuO $_3$电极的高屏蔽效率仍然不足以在室温下稳定SrRuO $_3$ /BaTiO $_3$ /SrRuO $_3$异质结构中的极化。我们确定的畴壁运动在确定的宏观电性能的电容器的关键作用，并讨论了他们的介电响应在最近的兴趣在负电容行为的光。
2017-06-16 cond-mat.mtrl-sci
