Strain-induced isosymmetric ferri-to-ferroelectric transition with large piezoelectricity
我们在$A$ -位有序的LaScO $_{3}$ /BiScO $_{3}$和LaInO $_{3}$ /BiInO $_{3}$超晶格中确定了铁电（FiE）和铁电（FE）态之间的一阶等对称转变。这种以前未报道的铁性转变是由阳离子位移的容易切换驱动的，而不改变整体极化方向或晶体学对称性。预测小于2%的外延应变足以横穿相边界，跨越相边界，我们捕获电极化的强度增加约5倍。以类似于具有准同型相界（MPB）的经典Pb基钙钛矿陶瓷的方式，我们预测在FiE-FE相界附近高达131 pC/N的大机电响应。我们建议这种过渡作为替代铁性过渡，以获得大的压电性，具有在良性化学和无化学无序的极端条件下操作的额外优势。
2013-09-10 cond-mat.mtrl-sci
Piezoelectricity in Nominally Centrosymmetric Phases
化合物相通常显示出相对于其标称平均晶体对称性而言的严格禁止的性质，即使外在原因（缺陷、应变、缺陷）不明显。在这里，我们调查宏观反演对称性破坏名义上的中心对称材料和测量共振压电光谱（RPS）和共振超声光谱（RUS）在15个化合物，18个样品，和21个不同的阶段，包括未极化的铁电体，顺电体，弛豫，铁弹，初期铁电体，和各向同性材料与低缺陷浓度，即氯化钠，熔石英，和CaF 2。我们排除了作为观察到的压电yetcobserve压电在所有名义上的立方相的这些样品的源的挠曲电效应。通过将RPS的强度与RUS的强度进行标度，我们以单晶石英为标准校准了有效压电系数。使用这种缩放，我们确定在名义上的非压电相的有效压电模量，发现“禁止”的压电效应的范围从1 pm/V到10 E-5 pm/V。未极化的铁电相的值仅略高于那些在顺电相相同的材料。最低系数远低于传统压电测量的检测限，并证明RPS是测量压电性的超高灵敏度方法。在名义上的中心对称材料和无序的非极化铁电体中，破缺压电现象是普遍存在的。
2021-09-24 cond-mat.mtrl-sci
Large in-plane negative piezoelectricity and giant nonlinear optical susceptibility in elementary ferroelectric monolayers
本研究通过计算发现畸变α-Bi单质铁电单层具有大的面内负压电性，其源于柱间滑动的屈曲铁电机制，且拉伸/压缩应变可分别调控其铁电翻转能垒与非线性光学响应，相关机制可推广至其他单质铁电单层。
2023-11-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Prediction of intrinsic ferroelectricity and large piezoelectricity in monolayer arsenic chalcogenides
表现出自发电极化的强度的二维材料是功能材料的显著兴趣。然而，尽管理论上预测了许多二维极性材料，但实验证实的二维铁电体的数量仍然远远少于体铁电体。我们提供了强有力的证据表明，Pmn 2 $_1$相的砷硫属化物作为$_2$ X $_3$（X=S，Se，和Te），其中包括最近孤立的单层雌黄，是本征铁电体，并表现出很强的面内压电性。我们发现，计算的能量势垒集体扭转的电极化的强度或移动180 $^\circ$域壁是合理的，以前报道的铁电体相比。我们提出了一个高对称结构（Pmmn空间群）转变为铁电Pmn2 $_1$相的软B $_{2u}$声子模式。通过研究其他软模式的高对称性Pmmn结构，我们确定了几个未被发现的亚稳多晶型，包括极性相（与P2 $_1$空间群）具有相当大的压电性。
2020-10-30 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Negative piezoelectricity in quasi-two/one-dimensional ferroelectrics
本文综述准二维/一维铁电体中的负压电性，梳理其概念、材料、理论与实验，并归纳四类物理机制及未来应用方向。
2024-10-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Ferroelastic-switching-driven colossal shear strain and piezoelectricity in a hybrid ferroelectric
能够产生大的可控应变的材料被广泛应用于形状记忆器件、致动器和传感器。人们已经做出了很大的努力来改善各种材料系统的应变输出。其中，铁弹性转变是电驱动铁/压电体和热或磁驱动记忆合金中巨大可逆应变的基础。然而，传统铁电体中的大应变铁弹开关是非常具有挑战性的，而磁和热控制是不可取的应用。在这里，我们展示了一个前所未有的大剪切应变高达21.5%的混合铁电体，C6 H5 N（CH 3）3CdCl 3。的应变响应是约两个数量级高于那些最优秀的常规铁电聚合物和氧化物。这是通过无机键切换实现的，并通过大的有机部分的结构限制来促进，这防止了不期望的180度偏振切换。此外，Br取代能有效地软化固溶体C6 H5 N（CH 3）3CdBr 3xCl 3（1-x）中的键，并在富Br端产生巨大的剪切压电系数（d35 ~ 4800 pm/V）。该化合物优异的机电性能保证了其在轻质和高能量密度设备中的潜力，并且这里描述的策略应该激发基于混合铁电体的下一代压电和电活性材料的开发。
2020-06-14 cond-mat.mtrl-sci
Quadratic piezoelectricity from stacking-engineered interference in multilayer sliding ferroelectrics
Inner Mongolia University（内蒙古大学）；Nanjing University（南京大学）；Institute of Metal Research, Chinese Academy of Sciences（中国科学院金属研究所）；University of Science and Technology of China（中国科学技术大学）
该研究提出堆垛调控压电干涉机制，结合第一性原理计算与广义金兹堡-朗道框架，在多层滑动铁电体中实现可调控的非线性压电效应，为层状材料可编程非线性机电学提供设计原理。
2026-08-03 cond-mat.mtrl-sci
Giant piezoelectricity in group IV monochalcogenides with ferroelectric AA layer stacking
通过第一性原理计算发现铁电AA堆叠的IV族单硫族化合物具有最小晶格常数和自发压缩应变，首次实现压电系数随层数增加而增大的巨压电性。
2024-02-06 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Length-scale dependent average structures, piezoelectricity enhancement and depolarization mechanisms in a non-MPB high-performance piezoelectric alloy system PbTiO3-Bi(Zr1/2Ni1/2)O3
一般认为，铁电合金中的大的压电响应需要将系统调节到准同型相界（MPB），即，组成驱动的铁电体间不稳定性。在这里，我们表明，即使在非MPB合金系统中也可以实现高压电响应。通过对（1-x）PbTiO 3-（x）Bi（Zr0.5Ni0.5）O3（PT-BNZ）的电场和温度依赖性XRD、Raman光谱、介电、压电和高场电应变测量的综合研究证明了这一点。我们发现，在室温下，极化场不可逆地抑制类铁电相。基于我们的研究结果，我们认为，在全球范围内出现的MPB，由四相和类四相组成，实际上并不是这样。大的压电响应是由于共存的tetravel区域的长期和短期的连贯性。因此，PT-BNZ系统与传统的MPB系统如PZT、PMN-PT和PbTiO 3-BiScO 3等在性质上不同，其在热力学平衡中表现出共存的四面体和菱面体/单斜相。在没有铁电体间不稳定性的情况下，场致极化旋转和铁电体间转变不再是解释PT-BNZ中大的压电响应的合理机制。大的压电性主要是由于通过域小型化实现的四畴壁的增强的移动性。我们的研究证明，实现大的压电性并不需要铁电体间的不稳定性作为必要的标准。
2018-01-10 cond-mat.mtrl-sci
Phase competition and negative piezoelectricity in interlayer-sliding ferroelectric ZrI$_2$
层间滑动铁电性是近年来提出的一种非传统的在范德华多层膜中追求电极性的方法，在WTe $_2$双层膜中得到了实验证实，尽管它是金属的。最近，另一个范德瓦尔斯系统，即，$_2$双层被预测表现出具有面内和面外极化的层间滑动铁电性[Phys. Rev. \textbf{103}，165420（2021）]。本文研究了$_2$块体，它具有两个竞争相（$α$ \textit{vs} $β$），这两个相都是从共同的母体$s$ -相衍生而来的。$β$具有相当大的面外偏振（$0.39$ $μ$ C/cm $^2$），而其面内分量得到完全补偿.它们的近似能量提供了通过适度的静水压力和单轴应变来调谐基态相位的机会。此外，$β$ $_2$中的负纵向压电性主要由作为层间滑动铁电性的独特特征的ZrI $_2$层的增强偶极子贡献，这不同于许多具有负纵向压电性的其它层状铁电体如CuInP $_2$ S $_6$。
2021-08-03 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
A compositional ordering-driven morphotropic phase boundary in ferroelectric solid solutions
本文通过机器学习势分子动力学模拟，在锆钛酸铅中发现成分有序度降低可驱动菱方相到四方相转变并形成准同型相界，其压电增强效果与成分驱动MPB相当，机制为外场驱动的极化旋转，为高性能压电材料设计提供了成分有序这一新自由度。
2024-06-29 cond-mat.mtrl-sci
Mechanically Assisted Symmetry Reconstruction for Extraordinary Piezoelectricity
Harbin Institute of Technology（哈尔滨工业大学）；Peking University（北京大学）；Tsinghua University（清华大学）；Zhejiang University（浙江大学）；Sun Yat-sen University（中山大学）；Shanghai Institute of Applied Physics, Chinese Academy of Sciences（中国科学院上海应用物理研究所）；Pohang University of Science and Technology（浦项科技大学）；The Hong Kong Polytechnic University（香港理工大学）；Nanjing University（南京大学）；Swiss Federal Institute of Technology–EPFL（瑞士联邦理工学院（洛桑））
本研究通过机械辅助对称重构技术实现了高灵敏度压电性能和高透过率光学性能，开发了可穿戴健康监测设备。
2026-02-28 cond-mat.mtrl-sci
Giant Superelastic Piezoelectricity in Flexible Ferroelectric $BaTiO_3$ Membranes
通常使用的压电材料中的机械位移通常限于线性或双轴性质，并且限于材料尺寸的百分之几。在这里，我们表明，独立的钛酸钡$_3$膜表现出非传统的机电耦合。在外部电场下，这些超弹性膜经历可控且可逆的“寿司卷状”180 $^\circ$折叠-展开循环。这种无折痕折叠是由带电铁电畴介导的，导致30 nm厚的膜在室温和60 $^\circ$ C下分别产生> 3.8和4.6 $μ$ m的巨大位移。进一步增加的电场以上的矫顽值的变化的折叠曲率，从而增强有效的压电响应。最后，它被发现，膜折叠随着温度的升高，然后完全固定的膜以上的居里温度，使我们能够模拟的铁电域起源的效果。
2020-04-04 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Probing of local ferroelectricity in BiFeO3 thin films and (BiFeO3)m(SrTiO3)m superlattices
采用脉冲激光烧蚀法在（001）取向SrTiO 3衬底上制备了BiFeO 3薄膜和人工超晶格（BiFeO 3）m（SrTiO 3）m（m~ 1 ~ 10个晶胞）。研究了漏电流和宏观极化随周期性的变化规律。压电力显微镜的研究表明，在BiFeO 3薄膜的情况下，大的铁电畴的存在下，而在超晶格结构的情况下，观察到的铁电畴的尺寸减小。结果表明，通过超晶格对铁电畴的改性，可以提供一个额外的控制工程畴壁介导的功能特性。
2009-02-18 cond-mat.mtrl-sci
Piezoelectric properties of II-IV/I-V and II-IV/III-III ferroelectric perovskite superlattices
从第一性原理出发，研究了具有极性不连续的11种铁电钙钛矿超晶格中高对称性$P4mm$极性相的稳定性。在大多数超晶格中，该相表现出铁电或反铁畸变不稳定性，或两者兼而有之。计算了这些超晶格的基态结构和亚稳相的结构，计算了超晶格的自发极化和压电性质。在某些超晶格中出现的高压电系数（高达150-270 pC/N）与应变诱导的原胞中某些原子团的局部重排有关。
2021-09-02 cond-mat.mtrl-sci
Ferroelectric and anti-ferroelectric coupling in superlattices of paraelectric perovskites at room temperature
从外延SrTiO $_3$ /BaZrO $_3$超晶格的介电和结构测量的结果揭示的属性，不能简单地解释在单膜上的组成材料的测量。对于大的超晶格周期性（20/20和38/38结构，即其中每个SrTiO 3和BaZrO 3层分别为20或38个晶胞厚的样品），电容-电压曲线指示室温铁电性。对于较小的周期性（7/7和15/15），观察到反铁电型行为，表明单个极性层之间的强耦合。这与最近的二次谐波产生结果一致[A.Q. Jiang等人，J.Appl.Phys.93，1180（2003）]中的方法来研究SrTiO $_3$ /BaTiO $_3$超晶格中的有序性。然而，这里研究的结构的两种成分都是顺电的。应变诱导室温铁电性在SrTiO $_3$和这些层之间的距离依赖性耦合提出的机制，导致所观察到的行为。
2003-06-17 cond-mat.mtrl-sci
Optimal configuration of microstructure in ferroelectric materials by stochastic optimization
确定铁电（FE）材料的微观结构水平的理想配置的优化程序，以最大限度地提高压电性。压电陶瓷FE显着不同的单晶，因为存在的微晶（晶粒）具有晶轴对齐不完美。多晶（陶瓷）FE的压电性能与晶粒取向分布（织构）密不可分。被称为解空间的变量的组合的集合，其决定陶瓷的纹理是无限的，因此最大化压电性的最佳解的选择是复杂的。因此，一个随机的全局优化与均匀化相结合的识别的最佳颗粒配置的FE陶瓷微结构具有最佳的压电性能。在每一步迭代中，采用数学均匀化方法计算了多晶有限元的宏观平衡压电性能。使用随机选择的一组取向分布参数生成的配置，其特征在于在每次迭代的晶粒的取向。在最佳取向的BaTiO $_3$单晶中观察到压电系数$d_{33}$的明显增强。的微晶的配置，同时约束的c轴（极轴）的取向分布，同时将ab-平面的随机性，这将增加整体压电陶瓷钛酸钡$_{3}$也确定。c轴的取向分布是以${45^\circ}$为中心的窄高斯分布。发现这种陶瓷的压电系数是单晶的近三倍。
2010-09-01 cond-mat.mtrl-sci
Influence of uniaxial tensile stress on the mechanical and piezoelectric properties of short-period ferroelectric superlattice
从第一性原理出发，研究了BaTiO 3/PbTiO 3四元铁电/铁电超晶格在c轴单轴拉伸应力作用下的性质.我们表明，计算的理想拉伸强度为6.85 GPa，在单轴拉伸应力加载下的超晶格沿非极性轴变软。我们还发现，适当的单轴拉伸应力可以显著增强超晶格的压电性，压电系数d33从基态值增加约8倍，达到678.42 pC/N。压电性增强的基本机制进行了讨论。
2009-11-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
In-situ x-ray diffraction and the evolution of polarization during the growth of ferroelectric superlattices
在外延应变铁电薄膜和超晶格中，铁电转变温度可以高于生长温度。铁电极化和领域，然后应演变过程中的样品的生长，和静电边界条件可能发挥重要作用。本文采用同步X射线衍射技术，在离轴射频磁控溅射法在SrTiO $_3$衬底上生长BaTiO $_3$ /SrTiO $_3$超晶格的过程中，对铁电畴、表面终止、平均晶格参数和双层膜厚度进行了同步监测。所使用的技术允许扫描时间比单层材料的生长快得多。通过在SrTiO $_3$衬底上交替生长相同的超晶格和在SrTiO $_3$衬底上交替生长20 nm SrRuO $_3$薄膜，研究了电边界条件的影响。这些实验提供了重要的见解铁电畴的形成和演变时，样品是铁电在生长过程中。
2015-12-04 cond-mat.mtrl-sci
Ferroelectricity-induced asymmetrical two-dimensional electron gas in superlattices consisteing of insulating GdTiO3 and ferroelectric BaTiO3
由于半导体界面的二维电子气可以具有高迁移率，并表现出超导性、磁性和其他在组成块体材料中意想不到的奇异性质。利用第一性原理计算研究了由铁电BaTiO $_3$（BTO）和铁磁绝缘极性GdTiO $_3$（GTO）组成的短周期（BTO）$_m$ /（GTO）$_2$（$m$ =2和4）超晶格的晶体结构、电子态和磁性.我们的研究表明，在GTO层中的中间Ti-O单层成为金属，因为在绝缘BTO层的铁电性诱导一个不均匀的电场对GTO层中的极性产生的电场，从而差分改变与GTO层的三个Ti-O单层的d能级。通过避免电子重构，铁电极化也使得两个界面Ti-O单层的电子态和磁性与没有铁电性的GTO/SrTiO $_3$超晶格中的电子态和磁性有很大的不同。这种超晶格由于其独特的非对称二维电子气性质和可能有用的自旋轨道效应而在潜在的自旋电子学应用中引起了人们的兴趣。
2016-08-29 cond-mat.mtrl-sci
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
Ground-state structure of KNbO$_3$/KTaO$_3$ superlattices: Array of nearly independent ferroelectrically ordered planes
用密度泛函理论的第一性原理计算了无应力（KNbO $_3$）$_1$（KTaO $_3$）$_n$超晶格（$n = {}$ 1- 7）顺电相的声子谱、极性基态的结构和极化分布以及铁电和反铁电有序相的能量.准二维铁电态的极化局域在KNbO $_3$层被揭示为超晶格与$n \ge 2$的基态。这些极化层之间的相互作用随着层间距离的增加呈指数下降，并且基态结构转变为大$n$下几乎独立的铁电有序平面阵列。
2012-04-17 cond-mat.mtrl-sci
On the extrinsic piezoelectricity
这项工作是我们上一篇论文的继续，该论文涉及板状电极样品中反平行畴结构对外部电场的响应理论。该理论基于系统自由能的精确公式，该系统由中心铁电体部分形成，通过表面层与电极（具有限定的电势差）隔离。我们的计算也适用于薄膜。通常使用术语“非本征”来表示畴壁位移对样品宏观性质的贡献。在我们的上一篇论文中，我们讨论了非本征贡献的介电常数。在这项工作中，我们集中在非本征贡献的压电系数的铁电体，同时铁弹。作为一个例子，我们计算了非本征贡献的d_36压电系数的RbH_2PO_4，这是最近在居里点以下的宽范围内测量。
2007-02-13 cond-mat.mtrl-sci
Controlling ferroelectric hysteresis offsets in PbTiO$_{3}$ based superlattices
铁电材料具有多极化方向的简并基态。在铁电电容器中，这应该表现为同样有利的上下极化状态。然而，在铁电薄膜和超晶格器件中很少观察到这种理想的行为，这些器件通常表现出有利于一种极化状态而不是另一种极化状态的内置偏压。通常这种极化不对称性可以归因于电极。在这项研究中，我们研究偏置PbTiO $_3$基铁电超晶格，这不是由于电极，而是在生长过程中形成的界面处的缺陷的性质。使用实验和第一性原理模拟相结合，我们能够解释所观察到的内置偏置的符号及其随组成的演变。我们的见解使我们能够通过控制超晶格的成分和周期性来设计零内置偏置的器件。
2020-11-11 cond-mat.mtrl-sci
Long-range Effects on the Pyroelectric Coefficient of Ferroelectric Superlattice
基于横向伊辛模型，研究了由两种不同铁电材料组成的铁电超晶格热释电系数的长程效应。在考虑长程相互作用的情况下，研究了界面耦合和周期厚度对铁电超晶格热释电系数的影响。研究发现，当温度低于相变温度时，随着长程相互作用强度的增加，热释电系数逐渐减小;热释电峰的数目逐渐减少，相变温度逐渐升高。随着界面耦合的减小和一个周期厚度的减小，薄膜的相变温度和热释电峰的数目都减小。
2002-01-23 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
Cation ordering induced polarization enhancement for $PbTiO_3$-$SrTiO_3$ ferroelectric-dielectric superlattices
本文采用一种有效的计算材料设计方法（团簇展开）对铁电$PbTiO_3$ / $SrTiO_3$体系进行了研究。通过探索包含超过$3 \times 10^6$候选物的有序空间，确定了两种特殊的阳离子有序构型：完全或混合1/1（101）超晶格，其铁电极化强度比（001）超晶格提高了约100%.分析这两种特殊结构揭示了反铁电畸变（AFD）和铁电极化（FE）模式之间的奇异耦合，例如，沿x或y轴倾斜，在z方向偏振，作为该系统中最佳偏振特性的原点。确定的阳离子有序基序和奇异的AFD-FE耦合可以为设计多功能钙钛矿异质结构提供新的思路。
2014-09-05 cond-mat.mtrl-sci
First-principles predictions of HfO$_2$-based ferroelectric superlattices
针对HfO$_2$铁电相的亚稳态限制，提出通过与其他简单氧化物构建超晶格实现热力学稳定极性HfO$_2$的方法，为薄膜铁电器件应用提供新途径。
2024-01-10 cond-mat.mtrl-sci
The Effects of the interfacial Pseudo-spin Coupling Fluctuation on the Dielectric Property of a Ferroelectric Superlattice
利用关联的有效场论，在横向伊辛模型的框架下，研究了界面赝自旋耦合涨落对铁电超晶格极化率和极化率的影响.结果表明，界面耦合涨落使低温区的磁化率增大。对于强界面耦合，相变温度随界面耦合波动的强度而降低。绘制了不同界面耦合涨落强度下磁化率与$BaTiO_{3}/SrTiO_{3}$超晶格周期的关系曲线。在室温下，当界面耦合涨落增大时，磁化率的峰值位置将向大的超晶格周期移动。
2004-03-02 cond-mat.mtrl-sci
Piezoelectricity in hafnia
由于其与基于半导体的技术的兼容性，HfO2（HfO $_{2}$）是当今在电子应用中最有前途的铁电材料。然而，对这种重要化合物的铁电和机电响应特性的知识仍然缺乏。有趣的是，HfO $_2$最近被预测显示出负纵向压电效应，这使其与经典的铁电体（例如，钙钛矿氧化物，如PbTiO $_3$），并使人联想到某些有机化合物的行为。本工作通过第一性原理计算和使用压电响应力显微镜对Hf O $_2$薄膜的实验研究证实了这种行为。此外，模拟显示了活性氧原子的化学配位是如何负责的负纵向压电效应。基于这些见解，预测通过控制这种活性氧的环境（例如，通过外延应变），可以改变材料的压电响应的符号。
2021-07-15 cond-mat.mtrl-sci
Ferroelectric PbTiO$_{3}$/SrRuO$_{3}$ superlattices with broken inversion symmetry
采用超薄SrRuO $_{3}$层制备了PbTiO $_{3}$ /SrRuO $_{3}$超晶格。由于超晶格的几何形状，样品在其电阻率中显示出大的各向异性，这可以通过改变PbTiO $_{3}$层的厚度来控制。因此，沿着铁电方向，SrRuO $_{3}$层可以充当介电元件，而不是金属元件。我们发现，通过减少PbTiO $_{3}$的浓度，由于成分反转对称性破缺的极化不对称性的影响越来越重要。这些结果是有意义的，因为它们代表了一类新的铁电超晶格，具有丰富而复杂的相图。通过扩展我们的材料组，我们能够引入新的行为，这些行为只有在其中一种材料不是钙钛矿钛酸盐时才会发生。在这里，组成反转对称性破缺双色超晶格，由于超晶格内的A和B位离子的组合变化，证明使用实验测量和第一性原理密度泛函理论的组合。
2012-07-04 cond-mat.mtrl-sci
Non-equilibrium Strain Relaxation Noise in the Relaxor Ferroelectric (PbMg1/3Nb2/3O3)100-x( PbTiO3)x
在一些钙钛矿弛豫铁电体中，当它们被极化时，发现大的低频噪声，而不管极化是否伴随有施加的电场。噪声出现在铁电和弛豫状态，包括在名义上遍历顺电状态在温度高于磁化率峰值。由于它是存在的，每当样品是由于压电颤噪，但不明显，当他们没有颤噪，它似乎是一个响应机械应变变化。噪声对样品热历史的依赖性表明，非平衡应变弛豫是源，即使在样品名义上是遍历的温度范围内。在没有净压电性的情况下，非平衡噪声被发现在稍高的频率。
2018-12-02 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
Ferroelectric/paraelectric superlattices for energy storage
反铁电体对电场的极化响应使得材料可以存储大的能量密度，这使得它们成为脉冲功率技术中能量存储应用的有希望的候选者。然而，已知的这种材料相对较少。在这里，我们认为铁电/顺电超晶格作为人工静电工程反铁电体。具体而言，使用高通量的第二原理计算，我们工程师PbTiO $_{3}$ /SrTiO $_{3}$超晶格，以优化其在室温下的能量存储性能（最大化密度和释放效率）相对于不同的设计变量（层厚度，外延条件，电介质层的刚度）。我们获得的结果与国家的最先进的反铁电电容器的竞争力，并揭示了负责的最佳性能的机制。
2021-12-01 cond-mat.mtrl-sci
Noncentrosymmetric structural transitions in ultrashort ferroelectric AGaO$_{3}$/A'GaO$_{3}$ superlattices
用密度泛函理论研究了八面体倾斜对AGaO $_{3}$ /A 'GaO $_{3}$ [001]，[110]和[111]超晶格（A，A' = La，Pr，Nd）偏心结构转变的影响.我们发现位移跃迁是由两种八面体旋转模式驱动的（a $^{-}$ a $^{-}$ c $^{0}$和a $^{0}$ a $^{0}$ c $^{+}$倾斜），振幅取决于A和A'的化学性质和阳离子的排列方向.我们发现[001]和[111]有序超晶格的基态结构是极性的。八面体倾斜模通过混合反常铁电机制的耦合引起了极位移，产生了宏观电极化的强度。
2014-11-16 cond-mat.mtrl-sci
Spectroscopic mapping of local structural distortions in ferroelectric PbTiO3/SrTiO3 superlattices at the unit-cell scale
利用高空间和能量分辨率的电子能量损失谱结合大角度环形暗场成像研究了多畴PbTiO 3/SrTiO 3超晶格的局域结构畸变。通过对Ti-L2，3和O-K边缘附近结构的能量损失分析，用晶胞分辨率确定了界面上的局部结构变化。从头算和多重态计算的Ti-L2，3边缘提供明确的证据与观察到的结构扭曲的超晶格的非均匀的极化曲线。
2011-12-21 cond-mat.mtrl-sci
Photoinduced Domain Pattern Transformation in Ferroelectric/Dielectric Superlattices
铁电/介电超晶格中的纳米畴图案在带隙以上的光激发下转变为均匀的极化状态。X射线散射揭示了域漫散射的消失和晶格的膨胀。的域图案的再现发生在一段时间内的几秒钟在室温下，这表明一个转换机制，其中载流子在长寿命的陷阱状态屏幕的去极化场。朗道-金兹伯格-德文郡模型预测的晶格参数和临界载流子浓度的变化的转变。
2017-08-04 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
Prediction of Magnetoelectric Multiferroic Janus Monolayers VOXY(X/Y = F, Cl, Br, or I, and X$\not=$Y) with in-plane ferroelectricity and out-of-plane piezoelectricity
本文通过打破 VOX₂ 的面外对称性设计并预测 VOXY Janus 单层，比较其结构、磁性、铁电及压电性质，发现四种材料具有显著面外压电极化。
2022-08-30 cond-mat.mtrl-sci
Ab initio design of charge-mismatched ferroelectric superlattices
我们提出了一个系统的方法来模拟电荷失配超晶格的第一性原理的电气和结构特性。我们的策略是基于大量的计算的母体化合物，我们执行作为一个函数的面内应变和面外电位移场。由此产生的二维相图使我们能够准确地预测，而不进行进一步的计算，分层异质结构的行为，其中上述构建块是静电和弹性耦合，与任意选择的界面电荷（起源于极性不连续）和体积比。以[PbTiO_3]_m/[BiFeO_3]_n体系为例，研究了界面极性对超晶格铁电行为的影响，发现界面极性对超晶格铁电行为的影响是显著的，从而导致了体相的稳定化。
2014-02-14 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
Predicting polarization enhancement in multicomponent ferroelectric superlattices
利用从头计算作为输入开发一个简单的模型，在外延短周期的CaTiO 3/SrTiO 3/BaTiO 3超晶格生长在SrTiO 3衬底上的极化。然后，该模型与遗传算法技术相结合，以优化在超晶格中的各个CaTiO 3，SrTiO 3和BaTiO 3层的布置，预测具有最高可能的极化和低的面内晶格常数与衬底不匹配的结构。该建模过程可以应用于广泛的层状钙钛矿氧化物纳米结构，为具有显著改善的极性特性的纳米机电器件的实验开发提供指导。
2005-12-15 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
Strain-coupled ferroelectric polarization in BaTiO3-CaTiO3 superlattices
我们报告的生长和铁电（FE）性能的超晶格（SL）组成的FE钛酸钡和顺电（PE）的CaTiO 3。先前的理论预测，在（BaTiO 3）n/（CaTiO 3）n SL中，当保持相同的应变状态时，极化随着子层厚度（n）的增加而增加。然而，我们的BaTiO 3/CaTiO 3 SL显示出不同的晶格应变状态和系统的减少，随着n的增加，而相干应变SL（n=1，2）的FE极化的ca。8.5 uC/cm ^2。我们认为应变耦合比基于恒定介电常数的静电层间耦合对有限元性能的影响更重要。
2009-05-14 cond-mat.mtrl-sci
Engineering polarization rotation in a ferroelectric superlattice
驱动铁电钙钛矿氧化物研究的一个关键特性是它们的强压电响应，其中电场由施加的应变诱导，反之亦然，用于逆压电效应。我们已经实现了实验增强的压电响应和介电可调谐性在人工分层外延PbTiO $_{3}$ /CaTiO $_{3}$超晶格通过工程化的极化方向的旋转。由于超晶格内的相对层厚度从样品到样品的变化，我们发现在多个X射线衍射测量的偏振旋转的证据。相关的功能特性的变化，被认为是在电气测量和压电显微镜。结果表明，一种新的方法来诱导偏振旋转在环境条件下的人工分层薄膜。
2012-09-14 cond-mat.mtrl-sci
Irreducible sub-nm$^2$ ferroelectric domains by 2D-flat polar band in perovskite superlattices
Ulsan National Institute of Science and Technology (UNIST)（蔚山科学技术院）
在钙钛矿超晶格中发现二维平坦极性带，产生不可约亚纳米平方铁电畴，密度超300 Tbit/cm²，为超高密度低功耗存储器件提供新途径。
2026-09-14 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
Hidden Crossover and Relaxor-Like Response from Emerging Polar Skyrmion Correlations in Ferroelectric Superlattices
The Pennsylvania State University（宾夕法尼亚州立大学）
研究通过大规模相场模拟揭示铁电超晶格中极性Skyrmion从层内解耦态到层间相关态的转变，产生显著介电响应峰，为无序弛豫体响应提供新机制。
2026-09-14 cond-mat.mtrl-sci
Tri-layer superlattices: A route to magnetoelectric multiferroics?
我们探索计算形成的三层超晶格作为一种替代方法相结合的铁电性与磁性，形成磁电多铁性。我们发现三层结构对超晶格极化的贡献与传统铁电体中的典型极化相比很小，并且可切换的铁电组分可以忽略不计。相比之下，我们表明，外延应变和“负压”可以产生大的，可切换的极化是兼容的磁性共存，即使在材料中没有活跃的铁电离子。
2007-06-29 cond-mat.mtrl-sci
Dielectric, piezoelectric, and elastic properties of BaTiO$_3$/SrTiO$_3$ ferroelectric superlattices from first principles
采用第一性原理密度泛函理论研究了外延应变对（001）取向铁电（BaTiO $_3$）$_m$ /（SrTiO $_3$）$_n$超晶格（$m = n = {}$ 1-4）声子谱、晶体结构、自发极化、介电、压电和弹性性质的影响.自支撑超晶格的基态是单斜$Cm$极性相。在面内双轴压应变下，转变为四元$P4mm$极性相;在面内双轴拉伸应变下，转变为正交$Amm2$极性相。当改变面内晶格参数时，在极性相之间的边界处出现几种光学和声学模式的软化，并且介电、压电和弹性张量的相应分量临界发散。用两种特殊的准无规结构SQS-4模拟了无序Ba $_{0.5}$ Sr $_{0.5}$ TiO $_3$固溶体的混合焓，并与超晶格的混合焓进行了比较，揭示了BaTiO $_3$ -SrTiO $_3$体系向短程有序化的趋势，表明这些超晶格是相当稳定的.
2016-07-07 cond-mat.mtrl-sci
Soliton disentangling and ferroelectric hysteresis in reconstructed moire superlattices
由晶格失配或/和扭曲角产生的莫尔材料激发了人们对挖掘物质新量子相的极大兴趣。最近，涌现的界面铁电性已令人惊讶地发现在空间反演对称性破缺系统，如菱面体堆叠双层过渡金属二硫属化物（TMD）。然而，莫尔超晶格对应于偏振开关和滞后的演化仍然不清楚，这对于深入了解晶格对称性和能带拓扑之间的相互作用以及开发光电存储器件至关重要。在这里，我们报告的观察声子分裂的应变孤子网络中重建的莫尔超晶格，所产生的扭曲和松弛诱导强三重旋转对称性（C3）破缺。声子分裂的间隔可以通过垂直位移场来调节，并表现出铁电相关的磁滞回线。这些声子演化特征归因于畴壁运动过程中莫尔孤子解纠缠和晶格粘性的贡献。此外，我们证明了原理莫尔铁电隧穿结，其势垒被净极化修改，隧穿电阻为~10^4。我们的工作不仅揭示了莫尔孤子的晶格动力学，而且为未来的铁电基光电存储器件提供了一条潜在的途径。
2022-06-27 cond-mat.mtrl-sci
Interplay of couplings between antiferrodistortive, ferroelectric, and strain degrees of freedom in monodomain PbTiO$_{3}$/SrTiO$_{3}$ superlattices
本文报道了单畴（PbTiO $_{3}$）$_{n}$ /（SrTiO $_{3}$）$_{n}$超晶格中外延应变、极化和氧八面体旋转之间耦合的第一性原理计算。我们展示了如何（i）的外延应变和（ii）的静电条件之间的相互作用，可以用来控制系统的主轴方向。在界面处的静电约束有利于极化的旋转，因此，我们预测在外延应变小于那些将需要考虑应变效应的大的压电响应。此外，铁电（FE）和反铁畸变（AFD）模式是强耦合的。由于FE-AFD耦合产生的能量增益随着超晶格的周期性而减小，对于$n \ge 3$来说可以忽略不计。
2011-11-18 cond-mat.mtrl-sci
Polarization enhancement in two- and three-component ferroelectric superlattices
采用第一性原理密度泛函理论计算技术研究了在SrTiO 3衬底上外延生长的短周期CaTiO 3/SrTiO 3/BaTiO 3超晶格的组分依赖的结构和极性性质。在BaTiO_3含量大于30%的二元和三元超晶格中发现了相对于体相四元BaTiO_3的极化增强。单个BaTiO_3层的厚度被确定为控制极化改善的重要因素。此外，三组分超晶格中的反转对称性破缺的程度可以通过改变组分层的厚度来控制。在这个大家族的结构中允许的灵活性使它们非常适合现代纳米机电设备中的各种应用。
2005-05-19 cond-mat.mtrl-sci
