Two-dimensional ferroelectricity induced by octahedral rotation distortion in perovskite oxides
二维铁电性自从在范德瓦尔斯材料的单层膜中被发现以来，引起了人们的广泛关注。通过第一性原理计算，我们发现八面体旋转畸变引起的二维铁电性广泛存在于钙钛矿双层体系中。钙钛矿容限因子对钙钛矿单层和双层的晶格动力学和基态结构起着至关重要的作用，从而为筛选这种混合的非正常铁电性提供了重要指标。通常，通过正交孪晶态的铁电开关具有最低的能垒。外延应变可以通过改变八面体旋转和倾斜畸变的幅度来有效地调节铁电极化和铁电开关。增加的压缩应变通过抑制倾斜畸变而引起极性到非极性的相变。在与衬底的界面处的八面体畸变的协同效应可以降低反转模式的能垒，甚至可以改变最低能量的铁电开关路径。
2022-02-10 cond-mat.mtrl-sci
Ferroelectricity in artificial bicolor oxide superlattices
我们报告的高品质的双色氧化物超晶格的生长和性能，由两个钙钛矿的钛酸钡，钛酸钡，钛酸钙，和钛酸锶。人工生长的超晶格在结构上是独特的，并且具有宏观上均匀的相，这是不可行的，以块体形式重建。通过人工结构化，发现与具有相同总体组成的伪二元陶瓷相比，这种超晶格的极化可以大大增加。超晶格中这种强烈的增强归因于由于静电和弹性相互作用的界面耦合而在异质界面处的A位阳离子的新发展的离子运动，这在单相材料中是找不到的。
2007-09-12 cond-mat.mtrl-sci
An antisite defect mechanism for room temperature ferroelectricity in orthoferrites
单相多铁性材料，允许铁电性和磁有序在室温以上共存是非常可取的，激励正在进行的研究机制，非常规铁电性的磁性氧化物。在这里，我们报告了一个反位缺陷机制的室温铁电性在外延薄膜的钇正铁氧体，YFeO 3，钙钛矿结构的倾斜反铁磁体。结合piezoresponse力显微镜，原子分辨元素映射与像差校正扫描透射电子显微镜和密度泛函理论计算表明，YFe反位缺陷的存在有利于促进铁电性的非中心对称畸变。这种机制预计类似于其他稀土正铁氧体，与稀土阳离子的半径上的极化的依赖。此外，垂直排列的纳米复合材料的磁致弹性氧化物CoFe2O4的支柱外延嵌入在YFeO3矩阵在室温下表现出强大的铁电性和亚铁磁性，以及显着的应变介导的磁电耦合效应。我们的工作揭示了反位缺陷在一系列磁性正铁氧体中提供铁电性的新机制中的独特作用，并进一步增强了该系列复合氧化物用于多铁性应用的功能。
2021-03-18 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
Crystal Engineering and Ferroelectricity at the Nanoscale in Epitaxial 1D Manganese Oxide on Silicon
铁电氧化物由于其广泛的应用，特别是在非易失性存储器和隧道结等电子器件中的应用，引起了人们的广泛关注。因此，将这些材料单片集成到硅技术及其纳米结构中以开发替代的成本效益工艺是当前技术的中心点。在这项工作中，我们使用一种化学方法来获得一种新的Sr 1 +δ Mn 8 O 16（SMO）的锰氧化物纳米线薄膜在硅上。扫描透射电子显微镜结合晶体学计算揭示了一种晶体结构，包括锰锰矿和软锰矿单元共享其MnO 6八面体的边缘，导致沿c轴排列的三种类型的隧道，其中Sr原子的排序产生自然的对称性破坏。这种新的结构产生铁电性和压电性，如通过局部直接压电力显微镜测量所揭示的，其证实了SMO纳米线薄膜在室温下的铁电性质，并显示出22.6 pC/N的压电系数d33值。此外，我们证明了柔性垂直SMO纳米线可以收获和转换成电输出能量通过压电效应，表现出良好的可变形性和高界面复合。这项工作表明了在硅上集成1D锰氧化物的可能性，这是微电子器件生产之前的一个步骤。
2020-12-31 cond-mat.mtrl-sci
Geometric Ferroelectricity in Fluoro-Perovskites
我们用第一性原理计算研究了ABF 3氟钙钛矿中铁电不稳定性的存在和起源。我们发现，许多氟钙钛矿具有铁电不稳定性，在其高对称性的立方结构，这是类似的幅度，通常发现在氧化物钙钛矿。然而，与氧化物相反，氟化物具有名义玻恩有效电荷，表明不稳定性的不同机制。我们发现，不稳定性源于离子尺寸效应，因此在大多数情况下，在很大程度上不敏感的压力和应变，再次在氧化物钙钛矿。一个例外是NaMnF 3，其中与具有相等的面内晶格常数的衬底匹配的相干外延应变使体Pnma结构不稳定，导致铁电性，并且实际上是多铁性，具有不寻常的极化/应变响应的基态。
2013-11-10 cond-mat.mtrl-sci
Structural Distortions and Ferroelectricity in Antiperovskite Oxides with Tetrel Elements
Department of Chemical Engineering and Materials Science, University of Minnesota（明尼苏达大学化学工程与材料科学系）
本研究通过第一性原理密度泛函理论研究了含类碳元素的反铅氧化物的晶体结构，揭示了其独特的电子结构特征和铁电性诱导机制。
2026-08-12 cond-mat.mtrl-sci
Atomic-scale theory of robust out-of-plane ferroelectricity in ultrathin films
University of Alabama at Birmingham（阿拉巴马大学伯明翰分校）；Rutgers University（罗格斯大学）
提出原子尺度理论框架，通过考虑薄膜终止层的功函数，揭示自极化和终止层可切换角色效应，解释超薄膜中稳健铁电性的起源。
2026-06-23 cond-mat.mtrl-sci
Improper Ferroelectricity and Piezoelectric Responses in Rhombohedral ($A$,$A^{\prime}$)$B_2$O$_6$ Perovskite Oxides
随着各种行业所需工作范围的增加，对高温电子材料的需求不断增加。在这里，我们设计了$(A,A^\prime)B_2$ O $_6$钙钛矿氧化物与[111]"岩盐”$A$ -位阳离子顺序，并预测它们是潜在的高温压电材料。通过选择具有仅异相$B$ O $_6$旋转趋势的块状钙钛矿，我们避免了可能的交错铁电到顺电相变，同时还保留了铁电和压电所需的非中心对称晶体结构。使用密度泛函理论计算，我们表明，（La，Pr）Al $_2$ O $_6$和（Ce，Pr）Al $_2$ O $_6$显示在其极性基态结构的自发极化，我们还计算了每个阶段的介电常数和压电常数。此外，我们预测的临界相变温度为每种材料的第一性原理证明，压电响应，这是传统的无铅压电，应坚持高温。这些特征使得岩盐$A$位有序铝酸盐成为高温传感器、致动器或其他电子器件的候选者。
2014-03-02 cond-mat.mtrl-sci
Origin of ferroelectricity and multiferroicity in binary oxide thin films
在二元氧化物薄膜中观察到铁电、铁磁和铁弹相引起了科学家和工程师的广泛兴趣。然而，所观察到的行为的物理性质的理论考虑主要是从第一性原理的HfO 2薄膜，并在朗道-金兹伯格-德文郡（LGD）的唯象方法的框架中，特别注意在这两种情况下的氧空位的作用。考虑到LGD理论的一般性，我们在这项工作中将其应用于二元氧化物组。已经在假设氧空位作为弹性偶极子可以由于缺陷位点诱导的和/或表面诱导的反转对称性破缺（经由例如压电效应）而部分地转变成电偶极子并且可以“迁移”超薄膜的整个深度的情况下执行了计算。计算了室温下不同膜厚下薄膜极化随外加电压的变化关系。由于许多二元氧化物膜是铁电和铁磁的，由于相同的氧空位，它们可以是多铁性的。计算表明，二元氧化物薄膜是一类新的多铁性材料，具有广泛的物理性质，可用于纳米电子学和纳米技术。通过选择氧空位浓度、膜厚和特殊的工艺处理如退火，可以控制薄膜的性能。
2020-12-05 cond-mat.mtrl-sci
Appearance of ferroelectricity in BaO nanowires
我们预测，铁电相可以诱导下的弯曲表面不可避免地存在于高纵横比的非铁电二元氧化物（BaO，EuO，MgO等）的圆柱形纳米粒子的强内在表面应力。计算了BaO纳米线中铁电相的尺寸和温度范围。分析计算是在Landau-Ginzburg-Devonshire理论内进行的，其中唯象参数从第一原理计算中提取[E. Bousquet等人，简单岩盐二元氧化物中的应变诱导铁电性。arXiv：0906.4235v1]和列表实验数据。根据我们的计算，半径为~（1-10）nm的BaO纳米线在室温下具有铁电性（自发极化值可达0.5C/m ~ 2），典型的表面应力系数为~（10-50）N/m。我们希望我们的预测可以刺激岩盐二元氧化物纳米粒子极性性质的实验研究以及弯曲表面下内应力诱导的自发偶极矩的第一性原理计算。
2009-10-13 cond-mat.mtrl-sci
Ferroelectricity enhancement in ferroelectric nanotubes
在本文中，我们研究了铁电纳米管相图的尺寸效应和考虑有效表面张力和去极化场影响的极性性质。推导了顺电-铁电转变温度与纳米管半径、极化梯度系数、外推长度、表面张力和电致伸缩系数的近似解析表达式。结果表明，对于负电致伸缩系数，其转变温度可以高于块体材料的转变温度。因此，我们预测在长铁电纳米管的极化守恒和增强。实验结果解释了Pb（Zr，Ti）O_3和BaTiO_3纳米管铁电性的守恒和增强现象。
2006-08-30 cond-mat.mtrl-sci
Ionically-mediated electromechanical hysteresis in transition metal oxides
观察到顺电TiO_2和SrTiO_3的机电活性、回复极化状态和电滞回线。用扩展的Ginsburg Landau Devonshire（GLD）理论分析了这些材料中离子动力学和初始铁电性之间的耦合。机电耦合的可能来源，包括离子动力学，表面电荷引起的电致伸缩，和离子诱导的铁电性被确定。对于后者，离子的贡献可以改变一阶GLD膨胀系数的符号，使材料有效地铁电。这些研究为中心对称过渡金属氧化物的类铁电行为提供了可能的解释。
2012-05-07 cond-mat.mtrl-sci
Exploring Nanoscale Ferroelectricity in Doped Hafnium Oxide by Interferometric Piezoresponse Force Microscopy
基于氧化铪（HfO 2）的铁电体由于其与传统硅CMOS技术的兼容性、高可切换极化、良好的耐久性和厚度可扩展性而为存储器和逻辑器件提供了显著的前景。这些因素导致在过去几年中对这类材料的研究急剧上升。与此同时，只有少数报告的直接传感纳米铁电性能存在，许多问题仍然存在关于这些材料中的铁电性的出现。虽然压电响应力显微镜（PFM）非常适合探测纳米尺度上的压电和铁电性，但众所周知，它会受到人为因素的影响，使结果的定量解释复杂化，甚至可能导致非铁电材料中的铁电性。在本文中，我们探讨了使用一种改进的PFM方法的基础上干涉位移传感（IDS）的裸硅掺杂HfO 2纳米铁电性研究的可能性。我们的研究结果表明，在本地的各种HfO 2微晶的残余状态与报告值的压电耦合在0.6-1.5 pm/V的范围内的一个明显的差异。此外，我们报告不寻常的铁电极化开关，包括可能的贡献，从电致伸缩和Vegard效应，这可能表明氧空位或界面效应的影响出现的纳米级铁电性HfO 2。
2020-04-28 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
A-site Cation disorder engineering in Ruddlesden-Popper Layered Perovskite Oxide La2(Ba,Sr)In2O7 for Ferroelectricity
该研究在 La2Ba1-xSrxIn2O7 中通过 A 位 Sr/Ba 取代与阳离子无序诱导极性 A21am 相，揭示混合非本征铁电机制并实现室温铁电性。
2025-03-14 cond-mat.mtrl-sci
Ferroelectricity promoted by cation/anion divacancies in SrMnO$_3$
采用密度泛函理论（DFT）研究了Sr-O空位对对SrMnO $_3$（SMO）电极化的强度的影响.这是由复合氧化物中的铁电性可以通过外延应变以及\textit{via}缺陷化学来工程化的指示激发的。我们的研究结果表明，本征掺杂的阳离子和阴离子双空位可以诱导局部极化在无应变的非极性SMO薄膜和铁电状态可以稳定低于临界应变的化学计量材料。这种极性通过与缺陷对相关的电偶极子及其与缺陷形成时的原子弛豫的耦合来促进，所述缺陷形成时的原子弛豫包围缺陷周围的区域。这表明极性缺陷对影响半导体反铁磁SMO中的应变相关铁电性。对于金属铁磁SMO，我们发现由于更强的电子屏蔽，缺陷偶极子和极化之间的耦合要弱得多。在足够高的浓度下耦合的缺陷对偶极子随着其可切换的取向，从而使他们成为一个有前途的路线，影响复杂的过渡金属氧化物薄膜的铁电转变。
2021-05-19 cond-mat.mtrl-sci
Tunable ferroelectricity in oxygen-deficient perovskites
本文通过第一性原理计算预测具有Grenier结构和有序氧空位的氧化物钙钛矿可实现可调铁电性，发现阳离子尺寸与稀土元素选择可调控自发极化和翻转势垒，为微电子应用提供了新材料方向。
2023-07-11 cond-mat.mtrl-sci
Ferroelectric 2D Antimony Oxides with Wide Bandgaps
采用进化算法结合第一性原理密度泛函理论（DFT）计算，预测了二氧化锑的第一个二维多晶型，即$γ$ -Sb $_2$ O $_4$和$δ$ -Sb $_2$ O $_4$.在$γ$ -Sb $_2$ O $_4$中发现面外铁电性，而在$δ$ -Sb $_2$ O $_4$中发现面内铁电性。预测的$γ$ $_2$ O和$δ$ $_2$ O $_4$相的偶极矩分别为36.63和14.96埃，表明它们可以作为制备铁电器件的良好候选物。计算结果表明，掺杂其他V族元素或施加应变可以降低开关势垒，从而促进开关。GW计算的结果表明，$γ$-Sb $_2$ O $_4$和$δ$ $_2$ O $_4$在其单层中的间接带隙分别为5.51和3.39 eV.拉曼光谱的计算，以方便预测结构的实验研究。面内和面外二维铁电性的存在以及大的带隙使得这种材料系统对于潜在的应用特别感兴趣。
2022-08-07 cond-mat.mtrl-sci
Origin of ferroelectricity in magnesium doped zinc oxide
最近的实验表明，在镁掺杂氧化锌（ZMO）的纤锌矿结构的强大的铁电性，暗示在一个有前途的战略，大大扩大了铁电体的名单掺杂传统的压电。我们用第一性原理密度泛函理论研究了ZMO铁电性的起源。一般认为镁合金化可以软化ZMO的离子势能面以实现极化反转的观点过于简单化。我们的DFT计算表明，即使在高镁浓度，极性和非极性相之间的能量差（$ΔU$）仍然是禁止大的ZMO系统时，应变是固定的极性相。有趣的是，当允许应变弛豫时，$ΔU$的量值变得显著更小，随着Mg掺杂浓度的增加，接近典型的钙钛矿铁电体如PbTiO $_3$的值。启用ZMO系统的可切换性归因于MgO的六方相，其能量比其纤锌矿对应物低得多。详细的轨道和成键分析支持Zn的原子内$3d_{z^2}$ - $4p_z$轨道自混合在稳定极性纤锌矿相方面起着重要作用，其缺乏是MgO的低能非极性六方相的原因。
2022-07-28 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Interface enhancement of ferroelectricity in CaTiO$_3$/BaTiO$_3$ superlattices
我们进行第一性原理计算的CaTiO $_3$ /BaTiO $_3$超晶格与外延应变对应的SrTiO $_3$衬底上的生长，并考虑八面体旋转以及铁电畸变。计算作为电位移场的函数进行，并进行了宏观和局部静电分析。我们发现，强的八面体旋转发生TiO $_6$八面体夹在CaO层的两侧，但强烈抑制，如果相邻层是一个BaO层。由于由此产生的增强的铁电不稳定性的BaO相邻的八面体，我们发现，整体的铁电不稳定性的超晶格的界面增强。因此，短周期超晶格在这个系统中有一个更大的铁电极化比长周期的相同的平均组成，与预期的趋势相反。
2010-09-08 cond-mat.mtrl-sci
Rashba-Dresselhaus spin-splitting in the bulk ferroelectric oxide BiAlO$_3$
最近有人提出，由于在单一材料中的自旋-轨道耦合，铁电性和类拉什巴自旋分裂效应的共存可能允许自旋自由度的非易失性电控制。在本工作中，我们通过密度泛函计算比较了BiAlO $_3$的四方相和菱方相的结构和铁电性能。在这两个阶段中，我们仔细研究了Rashba和Dresselhaus效应，在其体电子结构中产生自旋分裂，特别是在导带最小值附近，补充了我们的第一原理结果与有效的$ k\cdot p$模型分析。自旋织构的完全反转与铁电极化开关也被预测。BiAlO $_3$因此可以被认为是第一个已知的氧化物表现出铁电性和Rashba-Dresselhaus效应共存。
2016-07-11 cond-mat.mtrl-sci
Intrinsic Origin of Enhancement of Ferroelectricity in SnTe Ultrathin Films
先前的研究表明，随着铁电薄膜变薄，它们的居里温度（Tc）和低于Tc的极化都典型地降低。相反，最近的一项实验[Chang et al.，Science 353，274（2016）]观察到原子厚度的SnTe膜具有比其本体对应物更高的Tc，这归因于外部效应。在这里，我们发现，使用第一性原理计算，即0 K的能量势垒的极化开关（这是一个数量直接相关的Tc）是最高的研究无缺陷的SnTe薄膜比散装SnTe，和5单元电池（UC）的SnTe薄膜具有最大的能量势垒作为杂交相互作用和泡利排斥之间的相互作用的结果。进一步的模拟，采用目前开发的有效哈密顿量，确认独立的无缺陷的SnTe薄膜具有较高的Tc比散装SnTe，除了1-UC的情况下。因此，我们的工作表明，通过减少其厚度，本质上提高铁电薄膜的可能性。
2018-05-10 cond-mat.mtrl-sci
Harnessing Room-Temperature Ferroelectricity in Metal Oxide Monolayers for Advanced Logic Devices
本文预测褶皱MO单层具有面外铁电性和独特价带结构，并通过量子输运模拟证明其FET可突破传统热力学极限、实现低亚阈值摆幅和高开关比。
2024-10-25 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph quant-ph
Localized electronic states induced by defects and possible origin of ferroelectricity in strontium titanate thin films
已经研究了包括氧空位的几种缺陷配置，作为所报道的钛酸锶（STO）薄膜的室温铁电性的可能来源[Appl. Phys. Lecture. 91，042908（2007）]。第一性原理计算表明，Sr-O-O空位复合物在SrTiO 3的带隙中产生深局域态，而不影响其绝缘性能。这些结果与从光学透射和X射线吸收测量确定的电子结构变化一致。这项工作开辟了利用氧空位及其复合物作为钙钛矿氧化物薄膜（包括STO）铁电性来源的途径。
2008-09-18 cond-mat.mtrl-sci
Proposal for midinfrared light--induced ferroelectricity in oxide paraelectrics
我表明，一个非平衡顺电铁电过渡可以诱导使用中红外脉冲。这依赖于顺电材料的最低（PDMATHABMP_z $}}$）和最高（$Q_{\textrm{h$ _x $}}$）频率红外活性声子模式之间的四次PDMATHABMM_z PDMATHABMN_x $}}^2$耦合。密度泛函计算表明，耦合常数$l$为负，当$Q_{\textrm{h$ _x $}}$模外泵浦时，$Q_{\textrm{l$ _z $}}$模软化.沿$Q_{\textrm{l$ _z $}}$坐标的整流，稳定的非平衡铁电状态仅发生在泵脉冲的电场的临界阈值以上，表明这是一个非微扰现象。光与$Q_{\textrm{h$ _x $}}$模式之间耦合的第一性原理计算表明，在应变KTaO $_3$的代表性情况下，可以通过具有17 MV cm $^{-1}$的峰值电场和2 ps的持续时间的中红外脉冲诱导铁电性。此外，其他奇数阶非线性耦合使得可以任意关闭光致铁电态，使这种技术适用于全光器件。
2016-12-14 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
First-Principles Modeling of Ferroelectric Oxide Nanostructures
本章的目的是提供一个帐户的铁电氧化物纳米结构的第一性原理建模的最新进展。从微观描述的铁电体材料，然后考虑，先后，不同种类的纳米结构（薄膜，多层膜，电线，和颗粒），我们试图确定的主要趋势，并提供一个连贯的图片有限尺寸效应的作用在铁电氧化物。
2006-05-11 cond-mat.mtrl-sci
Turning ABO$_3$ antiferroelectrics into ferroelectrics: Design rules for practical rotation-driven ferroelectricity in double perovskites and A$_3$B$_2$O$_7$ Ruddlesden-Popper compounds
铁系过渡金属氧化物，其表现出自发的弹性、电、磁或环形有序，表现出可用于超稳定固态存储器、传感器和医学成像技术的功能性质。为了实现多功能的行为，其中一个序参量可以耦合到另一个序参量的共轭场，然而，需要一个共同的微观起源的长程序。在这里，我们制定了一个完整的理论，一种新的形式的铁电性，从而自发和可切换的极化出现的反铁电状态由于八面体旋转和有序的阳离子亚晶格的破坏。然后，我们构建了一个材料设计框架的基础上，晶体化学描述符植根于群论，这使得人工氧化物的设计与大电极化的强度，P，同时与小的能量转换障碍之间的+P和-P。我们验证了理论与第一原理密度泛函计算超过16钙钛矿结构的氧化物，说明它可以在显示二维或三维角连接的八面体骨架的任何材料类别中起作用。我们显示的原则，管理材料选择的“分层”系统起源于晶格动力学的A阳离子位移稳定的普遍BO $_6$旋转的单相ABO $_3$材料，其中后者的扭曲管理的光学带隙，磁序和临界转变温度。我们的方法提供了难以捉摸的路线，最终多功能性的财产控制的外部电场。
2014-12-02 cond-mat.mtrl-sci
Ferroelectricity in layered bismuth oxide down to 1 nanometer
本研究设计出通过钐键合稳定铁电态至1纳米的层状氧化铋薄膜，可低成本制备，在1-4.56纳米厚度下有较大剩余极化，经第一性原理验证为孤对驱动铁电材料，为原子级电子器件提供新方案。
2025-01-16 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Enhancement of ferroelectricity in Cr-doped Ho_2Ti_2O_7
为了提高焦绿石Ho 2 Ti 2 O 7的铁电性，合成了一系列多晶焦绿石型稀土钛酸盐Ho_{2-x} Cr_xTi_2O_7。当掺杂浓度接近x=0.4时，样品的极化强度P从x=0时的0.54 \muC/m ~ 2增加到660 \muC/m ~ 2，铁电相变点Tc从~ 60 K增加到~ 140 K。在T~ 140 K时出现了磁异常，并对磁场有极化响应，表明Ho_（2-x）Cr_xTi_2 O_7具有多铁性。
2010-03-21 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Ferroelectricity in ultrathin film capacitors
到了薄膜的极限，铁电隧道结或电阻存储器等新一代器件就有了希望。然而，这些长度尺度也使器件对与小型化相关的寄生效应敏感，并且更好地理解随着尺寸减小会发生什么对于这些器件的未来发展具有实际重要性。随着材料制备和表征的实验进展与铁电体理论建模的巨大进展，理论家和实验家终于可以探索相同的长度和时间尺度。这使得理论和实验之间的实时反馈成为可能，新的发现现在经常在实验室和计算机上进行。在这一章中，我们将重点介绍基于密度泛函理论的建模方法的最新进展，以及它在我们理解铁电体中所起的作用。我们将首先简要介绍铁电性和铁电氧化物，然后概述主要的理论发展。然后，我们将讨论钙钛矿氧化物中铁电性的一些微妙之处，然后再将注意力转向本章的主题--钙钛矿薄膜中的铁电性。我们将详细讨论的机械，电气和化学边界条件的影响，在平行板电容器的几何形状的极性状态的稳定性，引入的概念去极化领域，往往不稳定的铁电性。我们将研究薄铁电体保持其极性状态的其他方法，重点是铁电畴和畴壁。最后，我们将简要讨论人工层状铁电体及其作为电子应用定制材料的潜力。
2012-08-27 cond-mat.mtrl-sci
Orientation-dependent ferroelectricity of strained PbTiO$_3$ films
PbTiO $_3$是一种简单但非常重要的铁电氧化物，已被广泛研究并广泛应用于各种技术应用中。然而，大多数先前的研究和应用是基于本体材料或常规的[ $001$ ]取向的膜。关于沿其它晶轴生长的PbTiO $_3$薄膜的研究较少。在这项研究中，第一性原理计算进行计算的PbTiO $_3$薄膜的极化由SrTiO $_3$和LaAlO $_3$衬底应变。结果表明，PbTiO $_3$薄膜的极化强度与薄膜的生长取向和单斜取向角密切相关。此外，它表明，PbTiO $_3$的铁电性主要取决于晶格的四方性，而不是简单的应变。
2015-11-10 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
Multi-Fields Modulation of Physical Properties of Oxide Thin Films
氧化物薄膜具有磁性、铁电性、压电性、金属-绝缘体转变（MIT）、多铁性、巨磁阻、可开关电阻率等多种物理性质。更重要的是，氧化物薄膜的多功能性可以通过各种外场进行调节，这使得新型电子器件的展示成为可能。本文综述了近年来多场调制氧化物薄膜物理性质的研究进展。最后，对该领域的一些关键问题和发展前景进行了展望。
2015-09-14 cond-mat.mtrl-sci
Mutual enhancement of altermagnetism and ferroelectricity
本研究通过自洽求解平均场Hubbard模型，发现金属性变磁体磁性与铁电性的相互作用由掺杂水平决定，远离半填充时二者共存更稳定且可相互增强，还提出了电学调控变磁体相的方案。
2025-10-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Origin of ferroelectricity in high-$T_c$ magnetic ferroelectric CuO
氧化铜是一种独特的磁性铁电材料，其转变温度显著高于液氮的沸点。然而，高T $_c$多铁性在CuO中的机制仍然令人困惑。本文采用结合第一性原理计算和有效的哈密顿量模型，阐明了CuO高温$_c$多铁性的机制.我们发现，CuO包含两个磁性子晶格，具有较强的intrasublattice相互作用和较弱的挫折intersublattice相互作用，这可能是该化合物的高有序温度的主要原因之一。弱的自旋挫挫导致无公度的自旋激发，其显著地增强了多相的熵，并最终使CuO中的该相稳定。
2012-05-04 cond-mat.mtrl-sci
The origin of ferroelectricity, polarization and high resistivity in Aurivillius CaBi2B2O9 (B = Ta, Nb)
College of Materials Science and Engineering, Sichuan University（四川大学材料科学与工程学院）
研究双层奥里维利乌斯铁电体CaBi₂B₂O₉中铁电等特性起源，结合群论分析与第一性原理计算，发现铁电相源于特定模式凝聚，确定层间滑动是铁电结构机制并建立微观图景，为设计相关铁电氧化物提供理论指导。
2026-07-23 cond-mat.mtrl-sci
Kinetically-stabilized Ferroelectricity in Bulk Singlecrystalline HfO2:Y without Wake-up Effects
HfO 2是一种简单的二元氧化物，具有可集成到硅技术中的超可扩展铁电性。极正交（Pbc 21）的形式在超薄膜归因于作为令人惊讶的铁电性，这一直认为是无法实现的大块晶体的合理的根本原因。尽管如此，困惑仍然主要是由于多态性的性质和表征的挑战，在小长度尺度。在这里，利用一个国家的最先进的激光二极管加热浮区技术，我们报告的铁电体单晶HfO 2：Y以及在不同的Y浓度的反极性Pbca相的存在下。中子衍射和原子成像证明（反）极性晶体学签名和丰富的90 o/180 o铁电畴除了可切换的极化与唤醒效应很小。密度泛函理论计算表明，钇掺杂和快速冷却是所需相的关键因素。我们的观察提供了新的见解HfO 2的多晶型性质和相位控制，消除了铁电性的尺寸上限，也铺平了新的道路，走向下一代铁电器件。
2020-12-09 cond-mat.mtrl-sci
Ab initio study of proper topological ferroelectricity in layered perovskite La2Ti2O7
我们提出了第一性原理研究层状钙钛矿氧化物La2Ti2O7（LTO）的铁电性，具有最高居里温度已知的化合物之一（1770 K）。我们的计算表明，LTO的铁电转变的结果从两个软模式，具有相同的对称性和强耦合的非谐压缩。此外，主要的不稳定性模式基本上由氧八面体的旋转组成，氧八面体是钙钛矿结构的基本构建块;值得注意的是，由于晶格的特定拓扑结构，这种O6旋转引起LTO中的自发极化。因此，所讨论的效果构成了纳米结构化（在此通过LTO的自然分层提供）如何使在通常为非极性的结构变形中获得显著极性特征成为可能的示例。我们讨论了我们的研究结果的影响方面的设计新的多功能材料。事实上，所观察到的适当的铁电驱动的O6旋转提供了理想的条件，以获得强磁电效应。
2011-01-11 cond-mat.mtrl-sci
Multiferroic crossover in perovskite oxides
最近，钙钛矿BiCoO $_3$已被实验证明与PbTiO $_3$同构，而同时$d^6$ Co $^{3+}$离子具有高自旋基态，具有$C$型反铁磁有序。利用混合密度泛函方法，我们研究了BiCoO $_3$的原子、电子和磁性结构，阐明了多铁性态的起源.首先，我们进行了定性的趋势研究$d$电子的作用，影响钙钛矿材料表现出铁电畸变的趋势，这项工作初步探讨了定性的趋势研究，在人工立方和四方LaBO $_3$钙钛矿。我们选择La作为A-阳离子，以消除Bi $6s$杂化的影响。通过第一性原理计算的LaBO $_3$系列，其中B是一个$d^0 - d^8$阳离子从$3d$块，趋势研究表明，增加$d$轨道占领最初消除了极性失真的趋势，如预期的。然而，对于高自旋$d^5-d^7$和$d^8$阳离子，恢复了强的铁电不稳定性。我们用铁电性的伪Jahn-Teller理论解释了这种效应。它表明，在某些情况下，未成对电子自旋实际上驱动铁电性，而不是抑制它，这代表了铁电性和磁性如何在钙钛矿氧化物中相互作用的理解的转变。因此，对于BiCoO $_3$的情况，Co $^{3+}$离子在铁电晶格不稳定性中起主要作用。重要的是，当Co $^{3+}$离子处于高自旋状态时，与处于低自旋状态的Co离子相比，铁电极化大大增强，并且存在电极化和磁极化的大耦合。重要的是，它表明，通过降低内部铁电极化的地面自旋状态切换。
2016-04-01 cond-mat.mtrl-sci
Single- and multi-domain ferroelectricity driven by interfaces
在金属氧化物界面处的界面键合的设计产生了令人兴奋的新现象，并且可以成为维持甚至促进纳米级铁电性的途径。我们研究了这些界面对铁电电容器自发极化（单畴与多畴）性质的影响。我们发现，界面性质interceptible与铁电和电极参数，以确定系统的实际基态。我们发现分析的标准，指定如果铁电性出现在一个单域或多域的方式作为这种交织的结果。这一标准背后的物理学提出了定制铁电功能的新方法。
2014-08-11 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Stress-Induced Ferroelectricity in Hafnium Oxide Core-Shell Nanoparticles
Institute of Physics of the National Academy of Sciences of Ukraine（乌克兰国家科学院物理研究所）；Frantsevich Institute for Problems in Materials Science of the National Academy of Sciences of Ukraine（乌克兰国家科学院弗拉特谢维奇材料科学问题研究所）；Department of Materials Science and Engineering, University of Tennessee, Knoxville（田纳西大学诺克斯维尔分校材料科学与工程系）；Zone 5 Technologies（第五区技术公司）
本研究通过化学应力调控揭示了氧化铪核心-壳层纳米颗粒中应力驱动的铁电性重新进入机制，为提升纳米尺度极化性能提供新途径。
2026-09-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Strain fluctuations unlock ferroelectricity in wurtzites
本研究揭示了(Zn,Mg)O中铁电性的起源，发现局部大应变涨落可使铁电切换势垒降低40%以上，并通过实验和计算在异质结构中证实了该效应，为原子尺度控制应变涨落开发可扩展铁电体提供了新途径。
2024-07-11 cond-mat.mtrl-sci
Interface-tuning of ferroelectricity and quadruple-well state in CuInP$_2$S$_6$ via ferroelectric oxide
本文提出利用铁电氧化物PbZr$_{0.2}$Ti$_{0.8}$O$_3$界面调控CuInP$_2$S$_6$，克服其低居里温度和畴控制难题，显著增强超薄极限下的铁电性、压电性和极性排列，为柔性纳米器件应用提供有效策略。
2023-08-16 cond-mat.mes-hall 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
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
Epitaxy of hexagonal ABO$_3$ quantum materials
本文综述六方 ABO$_3$ 氧化物薄膜外延，讨论其稳定性、衬底模板及薄膜对铁电、磁性和亚稳相的调控价值。
2022-09-16 cond-mat.mtrl-sci
Room Temperature Ferroelectric Ferromagnet in 1D Tetrahedral Chain Network
铁电性发生在空间反转对称性破缺的晶体中。在传统的钙钛矿氧化物中，过渡金属-氧多面体（MOx）的三维网络内的协同离子位移表现出自发极化。同时，由于多面体的变形，一些二维MOx网络可以产生几何铁电性和磁性。由于二维网络中的铁电性机制根本不同，人们可以进一步挑战MOx一维通道中未知的铁电性机制，并估计其可行性。该通讯提出了铁电性和耦合铁磁性的一维FeO 4四面体链网络的brownmillerite SrFeO 2. 5外延薄膜。这一结果为低维MOx网络的设计提供了一种新的思路，有望为包括铁电铁磁体在内的宏观铁磁有序材料的实现提供有益的参考。
2019-05-08 cond-mat.mtrl-sci
Manipulating ferroelectricity without electrical bias: A perspective
ETH Zurich（苏黎世联邦理工学院）
本文探讨无需电偏置操控铁电性，通过化学工程表面贡献、机械压力与flexoelectricity结合，提出极化状态调控的新方法。
2026-01-28 cond-mat.mtrl-sci
Oxide spin-orbitronics: spin-charge interconversion and topological spin textures
量子氧化物材料具有源于晶格、电荷、自旋和轨道自由度之间的相互作用的广泛性质，其中电子相关性通常起重要作用。从历史上看，自旋轨道耦合很少是氧化物的主要能量尺度。然而，它最近走到了最前沿，释放出各种与真实和倒易空间拓扑结构有关的奇异现象，这些现象可能会被自旋电子学所利用。本文综述了氧化物自旋-轨道电子学这一新领域的最新进展，重点介绍了自旋霍尔效应和Edelstein效应引起的自旋-电荷相互转换，以及自旋拓扑织构（如Skyrmions）的产生和观测。我们强调控制自旋轨道驱动的铁电效应，并给出了该领域的前景。
2021-03-30 cond-mat.mtrl-sci
Single Crystal Functional Oxides on Silicon
复合氧化物的单晶薄膜显示出丰富多样的功能特性，如铁电性、压电性、铁磁性和反铁磁性等，这些特性具有全新的电子应用潜力（1-2）。由于不同界面的基本晶体化学和机械不相容性，在Si上直接合成这种氧化物仍然具有挑战性（3-16）。在这里，我们报告集成薄（下至1个单元电池）单晶，复杂的氧化物薄膜到Si衬底上，在室温下通过外延转移。在一个场效应晶体管使用转移Pb0.2Zr0.8TiO3（PZT）层作为栅极绝缘体，我们证明了直接可逆控制的半导体沟道电荷与极化状态。这些结果代表了在硅上按需实现长期追求但尚未证明的单晶功能氧化物。
2015-11-21 cond-mat.mtrl-sci
Origin and evolution of ferroelectricity in the layered rare-earth-titanate, $R_2$Ti$_2$O$_{7}$, Lichtenberg phases
我们报告了一个系统的第一性原理研究的基础上的密度泛函理论（DFT）的结构和铁电性能的$R_2$ Ti $_2$ O $_{7}$钙钛矿相关的氧化物与$R=$ La，Ce，Pr和Nd。我们发现，在所有情况下，铁电体扭曲的基态极性$P2_1$结构从其母中心对称的$P2_1/m$阶段是由一个单一的极性软模式组成的旋转和倾斜的TiO $_6$八面体结合的$R$离子的位移驱动。二次中心对称畸变，这是稳定的母体结构，大大有助于降低基态的能量。我们评估了整个系列的结构和极化的趋势作为PDMATHAMT的函数，并调和了文献中报道的极化值的差异。我们的结果证实了$R_2$ Ti $_2$ O $_{7}$材料家族属于适当几何铁电体类。
2019-03-28 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
Epitaxy of Fe3O4 on Si(001) by pulsed laser deposition using a TiN/MgO buffer layer
氧化物材料在硅（Si）衬底上的外延对于使用氧化物的各种物理性质如铁电性、铁磁性或超导性的未来功能器件具有极大的兴趣。最近，具有高自旋极化的载流子的材料已经成为自旋电子学中的氧化物-氧化物混合器件的关注点。在这里，我们报告的脉冲激光沉积磁铁矿（Fe 3 O 4）在Si（001）衬底上清洁的原位激光束高温处理。在沉积氮化钛（TiN）和氧化镁（MgO）的双缓冲层之后，可以生长高质量的外延磁铁矿层，如通过RHEED强度振荡和高分辨率X射线衍射所验证的。
2003-02-23 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
