Stabilization of highly polar BiFeO$_3$-like structure: a new interface design route for enhanced ferroelectricity in artificial perovskite superlattices
在ABO 3钙钛矿中，氧八面体旋转是常见的结构扭曲，可以促进具有R3 c结构的BiFeO 3中的大铁电性[1]，但抑制具有Pbnm对称性的CaTiO 3中的铁电性[2]。对于许多类CaTiO 3钙钛矿，BiFeO 3结构是亚稳相。在这里，我们报告的高极性BiFeO 3-类相的钛酸钡在SrTiO 3衬底上生长的BaTiO 3/CaTiO 3超晶格的稳定。的稳定是通过重建的氧八面体的旋转在界面处的非极性散装CaTiO 3的图案的BiFeO 3相的特征是一个不同的模式。通过结合振幅对比度次0.1nm高分辨率透射电子显微镜和第一性原理理论的结构，能量学和极化的超晶格及其组成部分的重建解释。我们进一步预测了一些新的人工铁电材料，证明非极性钙钛矿可以通过这种界面机制变成铁电体。因此，大量具有CaTiO 3结构类型的钙钛矿，包括许多磁性代表，现在是新型高极性多铁性材料的良好候选者[3]。
2016-02-16 cond-mat.mtrl-sci
Superlattice-induced ferroelectricity in charge-ordered La$_{1/3}$Sr$_{2/3}$FeO$_{3}$
电荷序驱动铁电体是一类新兴的功能材料，不同于传统的铁电体，其中电子主导的开关可以在高频下发生。尽管它们有希望，但到目前为止，只有少数表现出这种行为的系统在实验上得以实现，这激发了对新材料的需求。在这里，我们使用密度泛函理论研究人工结构的混合价固溶体La $_{1/3}$ Sr $_{2/3}$ FeO $_{3}$（LSFO），一个系统的实验研究的效果。我们的计算表明，A位阳离子（111）层状LSFO表现出铁电电荷有序相，其中反转对称性被打破，通过改变注册表的电荷顺序相对于超晶格分层。该相位是能量简并与基态中心对称相位，和计算的开关极化是39 $μ$ C/cm $^{2}$，一个显着的值所产生的电子转移Fe离子之间。我们的计算表明，人工结构的LSFO和其他混合价氧化物具有强大的电荷有序的固溶体相可以导致电荷顺序诱导的铁电性。
2019-04-19 cond-mat.mtrl-sci
Charge-order-induced ferroelectricity in LaVO$_{3}$/SrVO$_{3}$ superlattices
采用第一性原理密度泛函理论加$U$（DFT+ $U$）方法研究了LaVO $_{3}$和SrVO $_{3}$ 1：1超晶格的结构和性质.最低能态是反铁磁电荷有序的Mott绝缘相。在这些绝缘相之一中，层状电荷有序与层状阳离子有序相结合，以产生具有垂直于界面的非零自发极化的极性结构。这种极化是由V $^{3+}$和V $^{4+}$层之间的电子转移产生的，并且与常规铁电体的极化相当。该极性态相对于非极性基态的能量仅为3 meV/钒。在拉伸应变下，这种能量差可以进一步减小，这表明极性相可以通过施加电场诱导，产生反铁电双磁滞回线。如果系统不切换回非极性状态时删除的字段，铁电型磁滞回线可以观察到。
2016-06-24 cond-mat.mtrl-sci
Supertetragonal BaSnO3 induced giant ferroelectricity in SrTiO3/BaSnO3 superlattices
本研究通过第一性原理计算发现压缩应变可使 BaSnO3 进入隐藏的铁电超四方相，并在 SrTiO3/BaSnO3 超晶格中诱导大极化。
2025-01-06 cond-mat.mtrl-sci
Charge transfer and hybrid ferroelectricity in (YFeO$_{3}$)$_{n}$/(YTiO$_{3}$)$_{n}$ magnetic superlattices
氧化物异质结构中的界面总是为新出现的性质提供了肥沃的土壤。从高能带到低能量对手的电荷转移是自然预期的，如发生在半导体$p$ - $n$结中。在本研究中，我们预测了（YFeO $_3$）$_n$ /（YTiO $_3$）$_n$超晶格中的一些特殊物理现象。首先，这些莫特绝缘体之间的电荷转移是在相反的直观能带排列的情况。第二，在$n=2$磁性超晶格中产生具有适度极化的混合铁电性。此外，即使（$AB$ O $_3$）$_2$ /（$AB$ ′ O $_3$）$_2$系统变为金属，铁电型畸变也可以持续，从而产生可能的金属铁电性。
2015-05-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Tunable ferroelectricity in artificial tri-layer superlattices comprised of non-ferroic components
假设没有铁性成分的异质结构材料系统不显示与铁电性相关的有序性。然而，在由过渡金属氧化物组成的异质结构中，由界面引入的破坏可以影响电子自旋、电荷和轨道之间的竞争相互作用的平衡。这导致了异质结构的原始构建块中缺乏的特性的出现，包括金属性，磁性和超导性。在这里，我们报告的发现，铁电性的人工三层超晶格仅由非铁电性NdMnO 3/SrMnO 3/LaMnO 3层。铁电性观察到低于40 K表现出很强的可调谐性的超晶格周期性。此外，磁电耦合导致150%的磁调制的极化。密度泛函计算表明，打破空间反转对称性和混合价，因为阳离子不对称性和界面极性不连续，分别引起所观察到的行为。我们的研究结果表明，工程的非对称分层结构与紧急铁电和磁场可调功能不同的正常设备，其中组件是典型的铁电体。
2012-09-23 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
The interplay of ferroelectricity and magneto-transport in non-magnetic moiré superlattices
本工作在石墨烯/六方氮化硼莫尔超晶格中发现了界面铁电性及其磁场增强效应，并揭示铁电极化对量子输运的调制作用，为二维存储与逻辑应用提供新途径。
2025-07-01 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Hybrid Improper Ferroelectricity and Moiré Superlattices-induced Exciton Quantization in Layered 2D Halide Perovskite
Monash University（莫纳什大学）；Indian Institute of Technology Bombay（印度理工学院孟买分校）
研究通过伪等轴孪生揭示了层状二维卤化物钙钛矿中混合非对称铁电性和莫尔超晶格诱导的激子量子化现象，解决了长期存在的异常二次光致发光争议，并为扭曲电子学、光铁电和压电光电子器件开辟了新途径。
2026-05-20 cond-mat.mtrl-sci
Interplay of metallicity, ferroelectricity and layer charges in SmNiO$_3$/BaTiO$_3$ superlattices
本文利用密度泛函理论证明SmNiO$_3$金属电极的形式层电荷能显著影响BaTiO$_3$的铁电极化，发现铁电临界厚度为零，并构建静电模型揭示金属屏蔽长度对极化稳定性的关键作用，为控制铁电性质提供了新途径。
2024-11-15 cond-mat.mtrl-sci
Ferroelectricity driven magnetism at domain walls in LaAlO$_3$/PbTiO$_3$ superlattices
除了在某些多铁性材料中，电荷偶极矩和自旋矩很少在单相体材料中共存。尽管在过去的十年里取得了很大的进展，但大多数多铁性材料的磁电性能仍然很差，这是由于电荷偶极子和自旋矩之间的内在排斥。作为一种替代方法，氧化物异质结构可以避开块体材料的本征限制，并提供更有吸引力的潜力来实现磁电功能。本文对LaAlO $_3$ /PbTiO $_3$超晶格进行了第一性原理研究。虽然这两种组分都不是磁性的，但磁矩出现在这些超晶格中的PbTiO $_3$的铁电畴壁处。这种铁电畴和局域磁矩之间的扭曲，不仅表现出一种有趣的多铁性，而且可能有助于纳米异质结构中磁性的电控制。
2015-08-12 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Engineering ferroelectricity in monoclinic hafnia
本文提出通过设计无缺陷的外延(HfO₂)₁/(CeO₂)₁超晶格，在热力学稳定的单斜相HfO₂基础上实现稳健铁电性，获得大于25 μC/cm²的极化强度和约2.5 meV/原子的超低翻转能垒，为高性能HfO₂铁电器件开辟新路径。
2023-09-22 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
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
Realization of biferroic properties in La0.6Sr0.4MnO3 0.7Pb(Mg0.33Nb0.67)O3 0.3(PbTiO3) epitaxial superlattices
采用脉冲激光烧蚀法在LaNiO 3涂层的（100）取向LaAlO 3衬底上制备了一组对称和非对称的超晶格，其组成层为铁磁性的La0.6Sr0.4MnO3和铁电性的0.7Pb（Mg0.33Nb0.67）O30.3（PbTiO 3）。研究了所有超晶格的结晶性、磁性和铁电性。所有的超晶格结构在10 K和300 K之间的宽温度范围内表现出铁磁行为，而只有非对称超晶格表现出相当好的铁电行为。观察到外加磁场对非对称超晶格铁电性质的强烈影响。进行了研究，以了解对异质结构的电响应的导电LSMO层的影响。对称超晶格结构中铁电性的缺失归因于它们的高泄漏特性。外加磁场对非对称超晶格铁电性能的影响表明界面对性能有很强的影响。在这些异质结构中观察到的麦克斯韦-瓦格纳型介电弛豫证实了介电响应上的界面的主导地位。
2007-03-30 cond-mat.mtrl-sci
First-principles study of competing ferroelectric and antiferroelectric instabilities in BaTiO3/BaO superlattices
我们报道了（BaTiO ${_3}$）$_m$ /（BaO）$_n$超晶格的第一性原理研究，研究了周期性$m/n$的变化.我们发现，这样的系统开发一个极性区中心不稳定性足够大的\textit{m} / \textit{n}比，这可以理解，至少定性地说，从一个简单的静电模型，并应导致铁电基态。然而，声子色散曲线的分析也指出，出现在$m=4$周围的区域边界处的反铁电不稳定性较强，达到铁电性的临界比之前，仍然占主导地位超过它。该分析使我们能够预测，（BaTiO ${_3}$）$_m$ /（BaO）$_n$超晶格应该呈现反铁电基态的$m$大于4，这应该顺利地演变为多畴结构的增加$m$值，只有成为大$m$的铁电。
2010-04-22 cond-mat.mtrl-sci
Machine learning exploration of topological polarization pattern in hexagonal boron nitride moiré superlattice
本研究利用机器学习确定扭转应变h-BN双层莫尔超晶格的拓扑极化结构，揭示电场与晶格失配的调控作用及反平行堆叠中的局域极化。
2025-02-18 cond-mat.mtrl-sci
Ferroelectricity and antiferroelectricity in the BaS-PbS system with the rocksalt structure
Lomonosov Moscow State University（莫斯科罗蒙诺索夫国立大学）
研究了BaS-PbS体系中多种结构的铁电不稳定性，用第一性原理计算发现其与TO声子不稳定性有关，除铁电相外还有反铁电相及混合相，能量接近暗示低温可能出现非遍历性。
2026-07-29 cond-mat.mtrl-sci
Effect of ferroelectric layers on the magnetocapacitance properties of superlattices-based oxide multiferroics
采用脉冲激光沉积法在SrTiO $_3$衬底上制备了一系列由铁磁La $_{0.7}$ Ca $_{0.3}$ MnO $_3$（LCMO）和铁电/顺电Ba $_{1-x}$ Sr $_x$ TiO $_3$（0 $\leq $ x $\leq $ 1）组成的超晶格.获得由具有均匀尺寸的球形丘构成的外延性质的膜。膜的磁输运性质揭示了在145-158 K范围内的铁磁居里温度和高达30%的负磁阻，这取决于用于其生长的铁电层的类型（\QTR{it}{i.e.}的\QTR{it}{x'}值）。还观察到在55 K至105 K的温度范围内的铁电性，这取决于钡含量。更重要的是，膜的多铁性由负磁电容的出现决定，发现其在铁电转变温度附近最大（每\QTR{it}{tesla} 3%）。这些结果是理解的基础上的铁电/顺电层和应变诱导的多重铁性的作用。
2005-11-18 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Properties of BaTiO3/BaZrO3 ferroelectric superlattices with competing instabilities
采用第一性原理方法，在密度泛函理论的基础上，计算了（BaTiO $_3$）$_1$ /（BaZrO $_3$）$_n$铁电超晶格（$n = {}$ 1- 7）在[001]方向上的性质.结果表明，在厚度为一个晶胞的钛酸钡层中，这些超晶格中出现准二维铁电性，极化方向在层平面内，与相邻层中的极化相互作用很弱.在这些SL中的铁电有序的能量和分离不同取向的极化状态的势垒的高度是足够大的，以提供在300 K的独立极化平面的阵列的形成。考虑了结构不稳定性对超晶格性质的影响。结果表明，基态是$Γ_{15}$极性声子和声子在$M$点（对于偶数周期的SL）或在$A$点（对于奇数周期的SL）同时凝聚的结果;它是一种极性结构，相邻层中八面体异相旋转，其中高极化层与强旋转层在空间上分离.双轴压缩SL中铁电不稳定性和结构不稳定性之间的竞争表现在八面体旋转的开启导致极化方向的突然变化，并可能导致发生不适当的铁电相变。结果表明，实验观察到的$z$ -组件中的SL的极化只能出现作为一个结果的机械应力松弛。
2013-04-29 cond-mat.mtrl-sci
Possible ferrimagnetism and ferroelectricity of half-substituted rare-earth titanate: a first-principles study on Y$_{0.5}$La$_{0.5}$TiO$_3$
具有钙钛矿结构的钛酸盐，包括铁电体（例如，BaTiO $_3$）和铁磁材料（例如，YTiO（$_3$）是重要的功能材料。最近的理论研究预测了应变EuTiO $_3$和钛酸盐超晶格中的多铁性态，其中前者已经被实验证实。在这里，第一性原理计算进行调查Y半取代的LaTiO 3的结构，磁性和电子性质。我们的研究结果表明，由于固有的相竞争，Y $_{0.5}$ La $_{0.5}$ TiO $_3$的磁性敏感地依赖于其结构细节。最低能态是铁磁态，导致0.25 $μ_{\rm B}$ /Ti。此外，Y $_{0.5}$ La $_{0.5}$ TiO $_3$的某些构型表现出混合的非正常极化，这可以显著地受到磁性的影响，从而导致多铁性。由于取代的猝灭无序，具有随机A位离子的真正Y $_{0.5}$ La $_{0.5}$ TiO 3材料可能表现出有趣的弛豫行为。
2015-12-11 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
