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
Infrared nano-spectroscopy of ferroelastic domain walls in hybrid improper ferroelectric Ca$_3$Ti$_2$O$_7$
铁材料以畴壁的形式表现出不均匀性是众所周知的。了解这些边界的属性是至关重要的控制功能与外部刺激，并实现其潜力的超低功耗存储器和逻辑器件以及新的计算架构。在这项工作中，我们采用基于同步辐射的近场红外纳米光谱来揭示混合反常铁电体Ca $_3$ Ti $_2$ O $_7$中的铁弹（90 $^\circ$铁电）畴壁的振动特性。通过局部映射的Ti-O伸缩和Ti-O-Ti弯曲模式，我们揭示了如何结构序参量旋转跨越墙壁。因此，我们将观察到的近场振幅变化与潜在的结构调制联系起来，并测试铁电开关模型对真实空间的局部结构测量。这一举措打开了大门，宽带红外纳米成像的异质性铁。
2019-11-25 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
Effect of surface induced nucleation of ferroelastic domains on polarization switching behavior in constrained ferroelectrics
利用含时Ginzburg-Landau理论研究了约束铁电体中表面在极化反转过程中的作用。该模型采用了弹性和电致伸缩的影响，在一个长距离的相互作用的形式，是通过消除应变场的弹性协调约束。研究了表面极化消失的正方形有限尺寸约束铁电系统。滞后的计算机模拟表明，约束的正方形的角落作为成核源的$90^{o}$域结构。研究还发现，在具有半无限（无角）几何形状的体系中，$90^{o}$畴结构不成核。对于角自由的情况下，极化开关的$180^{o}$重新取向和正面的反向域出现的表面，最终席卷整个系统。还研究了磁滞回线的尺寸依赖性。
2002-10-02 cond-mat.mtrl-sci
Towards Resolving Landauer's Paradox Through Direct Observation of Multiscale Ferroelastic-Ferroelectric Interplay
纳米铁电体结构的电极化可逆性使其成为研究相变和开发节能开关器件的方便平台。然而，铁电畴如何切换的基本问题，即极化如何从一个状态改变到另一个状态，尚未得到充分的回答。有矛盾的模型和广泛的积累的数据，不同意开关是否需要域成核。此外，铁电畴在电场下切换，这些电场被认为太弱而不能形成成核位点，这表明在真实系统中看到的无序水平起着重要作用。这个长期存在的所谓的朗道悖论是铁电等效于在无尘真空中没有雨滴形成，导致不能以其他方式存在的过饱和蒸汽，例如在亚稳分解或非均匀成核环境中。在这里，我们表明，铁电铁弹系统中的极化开关包括不同的对称性，长度尺度和开关能量的域类型。这些领域的开关同时感谢组织钉扎网站的中程秩序，支持以前无法解释的共存的成核和生长和成核挫折机制。我们的处理是适用于其他Kolmogorov-Avrami系统的多尺度相变。最后，我们展示了基于钉扎位点集体运动的增强机电耦合，这对于纳米机电和低功率开关器件是有希望的。
2016-08-12 cond-mat.mtrl-sci
Conductivity of twin walls - surface junctions in ferroelastics: interplay of deformation potential, octahedral rotations, improper ferroelectricity and flexoelectric coupling
分析了铁弹材料中孪晶畴壁面结的电子和结构现象。应变引起的能带结构的变化引起的载流子积累通过变形势机制，结构序参量梯度，旋转和挠曲电耦合进行了探讨。近似分析结果表明，由于旋致伸缩耦合作用，双壁-表面结附近存在非均匀弹性应变，通过形变势和弯电耦合机制降低了局域带隙。这是铁弹性体中双壁静电电导率的直接机制，并通过扩展，在多铁性和铁电性。另一方面，挠曲电和旋转致伸缩耦合导致在双壁-表面结附近出现与结构序参量梯度成比例的不适当极化和电场。认为导致载流子积累的“弯转”场是双壁导电的间接机制。直接和间接机制的比较说明了复杂的范围内的现象直接负责畴壁的静态电导率的材料与多个序参量。
2012-05-20 cond-mat.mtrl-sci
Two-Dimensional Multiferroics: Ferroelasticity, Ferroelectricity, Domain Wall, and Potential Mechano-Opto-Electronic Applications
低维多铁性材料在诸如纳米级换能器、致动器、传感器、光电子器件和非易失性存储器的小型化器件应用中具有很大的前景。在这里，使用第一性原理理论，我们预测，二维（2D）单层IV族单硫族化合物，包括GeS，GeSe，SnS，和SnSe是一类2D半导体多铁性材料，具有强耦合的巨大的面内自发铁电极化和自发铁弹晶格应变，在室温及更高温度下是电稳定的，并且可以通过弹性应变工程有效地调制。它们的光学吸收光谱表现出强的面内各向异性，具有可见光谱激子带隙和相当大的激子结合能，呈现出低维半导体的独特特征。更重要的是，预测的低畴壁能量和小的迁移势垒以及耦合的多铁性有序和各向异性电子结构表明它们具有通过操纵外部电场、机械场和光场来控制内部响应的可调谐多铁性功能器件的巨大潜力，并且使得包括2D铁电存储器、2D铁弹存储器、和2D铁电弹性电非易失性光子存储器以及2D铁电激子光子存储器。
2016-06-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Exploring Physics of Ferroelectric Domain Walls in Real Time: Deep Learning Enabled Scanning Probe Microscopy
通过在扫描探针显微镜（SPM）实验中实时实现计算机视觉算法，探索铁电材料中铁弹畴壁的功能。鲁棒的深度卷积神经网络（DCNN）基于深度残差学习框架（Res）和整体嵌套边缘检测（Hed）实现，并被集成以最大限度地减少分布外漂移效应。DCNN被实现用于SPM上的实时操作，将数据流转换为畴壁的语义分割图像和相应的不确定性。我们进一步证明了预选的实验工作流程，从而发现畴壁，并报告交替的高和低极化动态（平面外）铁弹畴壁（PbTiO 3）PTO薄膜和高极化动态（平面外）在短铁弹壁（与长铁弹壁相比）在锆钛酸铅（PZT）薄膜。这项工作建立了扫描探针和其他显微镜中数据流的实时DCNN分析框架，并强调了分布外效应的作用以及在实时分析中改善它们的策略。
2022-06-23 cond-mat.mtrl-sci
Individual Barkhausen pulses of ferroelastic nanodomains
在电场偏置时，铁电材料显示出被称为巴克豪森跳跃的极化不连续性，这是被称为爆裂噪声的更一般现象的一个子类。在这里，我们遵循在纳米尺度上的运动的90度针域诱导的电场施加在原型铁电钛酸钡的极化方向，在透射电子显微镜。巴克豪森脉冲的运动和周期性的性质导致畴彼此之间但不接触的独特相互作用机制的实时可视化，这是之前没有观察到的机制，或/和其中畴壁似乎相对自由地移动通过介电介质的晶格，经历弱的Peierls样电位。对铁弹畴壁运动动力学的控制可以导致与计算和存储应用相关的新型纳米电子器件。
2020-11-11 cond-mat.mtrl-sci
Converse flexoelectricity around ferroelastic domain walls
畴壁在铁电材料中普遍存在。铁弹性DW指的是将具有无与伦比的极化的两个域（或两个不同的铁弹性变体）分开的那些DW。长期以来，人们一直认为，铁弹DW的结构可以简单地解释从力学和电学兼容的Landau-Ginzburg-Devonshire（LGD）理论的框架下的角度。在这里，我们表明，逆挠曲电必须考虑到充分描述的性质的铁弹DW。在我们的工作中，一个意想不到的不对称结构被确定，这是超出了传统的LGD理论的预测。通过将逆挠曲电性引入LGD理论，并将其用于分析由像差校正透射电子显微镜（TEM）获得的高分辨率图像，我们证明了正是逆挠曲电性导致了非对称结构。此外，通过量化DW周围的逆挠曲电性来导出挠曲电系数。通过原子映射和第一性原理计算的相互验证，这种量化在挠曲电系数的大小和符号上都是确定性的。我们的研究结果表明，逆挠曲电不能被忽略的理解铁电材料中的铁弹性DW和其他边界。
2019-05-21 cond-mat.mtrl-sci
Mechanical force involved multiple fields switching of both local ferroelectric and magnetic domain in a Bi5Ti3FeO15 thin film
多铁性材料因其在多态信息存储器件和新型传感器中的巨大应用潜力而受到人们的广泛关注。铁电性、（反）铁磁性、铁弹性等铁性序之间的耦合将使这些序参量之间产生动态的相互作用。单相多铁性材料中这种耦合行为的直接可视化对于应用和基础研究都是非常可取的。报道了利用电场和外加机械力对Bi_5Ti_3FeO_（15）薄膜的铁电畴和磁畴的操纵，证实了Bi_5Ti_3FeO_（15）中存在磁电耦合，表明电序和磁序是通过铁弹耦合的。由于铁弹应变的各向异性弛豫，面外电畴的反向翻转不如面内电畴明显。由于弹性应变弛豫，不可避免地发生弹性和磁性有序之间的耦合失稳，这导致随后的磁畴切换衰减。AFM针尖施加在Bi5Ti3FeO15薄膜表面的机械力将有效地驱动局部铁弹应变状态的转变，以类似于电场的方式反转极化和磁化。目前的工作提供了一个框架，探索交叉耦合之间的多个订单和潜在的开发新的纳米功能器件。
2016-09-26 cond-mat.mtrl-sci
Subcoercive and multilevel ferroelastic remnant states with resistive readout
铁电器件使用它们的电极化的强度铁电顺序作为存储器应用的开关和存储物理量。然而，应用程序需要额外的内置物理量和存储器范例。我们建议利用铁电体的多铁性，利用铁弹性来产生残余应变，通过逆压电手段对材料施加应力后持续存在。虽然需要大的电场来切换极化，但这里写入发生在亚矫顽低得多的场值下，这可以有效地压印多个残余应变状态。一个原理验证设备，与最简单的和非优化的电阻应变检测设计，在这里展示了13个记忆状态的高再现性和可靠性。在低功耗和有限的设备疲劳的相关优势，使我们的方法相关的应用。
2014-06-13 cond-mat.mtrl-sci
Elastic anomalies associated with domain switching in BaTiO$_3$ single crystals under in-situ electrical cycling
利用原位共振超声光谱（RUS）研究了BaTiO $_3$单晶在室温下电场循环过程中的弹性响应，该方法可以监测铁电极化开关引起的弹性和滞弹性变化。我们发现，原始单晶的第一个铁电开关是由铁弹90°开关。在随后的铁电开关，铁弹开关减少域钉扎和占主导地位的180°铁电畴，证实了偏振光显微镜。因此，在原位电场下的RUS被证明是一种有效的技术，用于铁电体中的机电耦合的调查。
2019-06-09 cond-mat.mtrl-sci
Observation of cation-specific critical behavior at the improper ferroelectric phase transition in Gd2(MoO4)3
钆是一种典型的铁电和铁弹材料。它是建立的自发极化产生的二次效应，诱导的顺电相，这导致一个单位电池加倍和极轴的形成的结构不稳定性。然而，以前对钆的X射线衍射研究受到分析中包括整个2θ范围的有限能力的限制，因此，在原子尺度上，仍有许多有待探索。通过变温X射线衍射，我们观察到了从顺电四方相到正交铁电相的转变。的铁弹应变的晶格参数和Rietveld细化的温度依赖性数据的热演化的基础上计算表明，不同的阳离子的位移遵循不同的临界行为，提供了新的见解，驱动不适当的铁电性的结构变化，在钆氧化物。
2021-11-25 cond-mat.mtrl-sci
Periodicity doubling cascades: direct observation in ferroelastic materials
在相变附近发现对外力非常敏感的响应。然而，相变动力学和预平衡现象难以检测和控制。我们已经直接观察到，平衡畴结构的相变在钛酸钡，铁电和铁弹材料，是通过减半的域周期性，顺序和多次获得。该过程是可逆的，随着温度的升高，周期性加倍。这一观察结果在理论上得到了支持，并可以解释在其他系统中观察到的畴周期多重性的指纹，强烈表明这是铁弹材料相变期间斑图形成的一般模型。
2019-01-25 cond-mat.mtrl-sci
Antiferroelectric switching inside ferroelastic domain walls
本文以CaTiO3为范例，通过分子动力学计算揭示铁弹畴壁极化在高电场下因畴壁变宽、挠曲电减弱而可实现反铁电型双电滞回线切换，并可作为体相极性相变的成核点。
2025-03-09 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Disentangling ferroelectric wall dynamics and identification of pinning mechanisms via deep learning
铁电材料中的场致畴壁动力学支持从致动器到信息技术设备的多种应用，并且需要对相关机制进行定量描述，包括巨大的机电耦合、受控的非线性或低矫顽电压。虽然在过去的二十年中，动态压电响应力显微镜测量的进步已经使偏振动力学的可视化相对简单，但对局部机制的相关见解一直难以捉摸。在这里，我们使用一种工作流程来探索模型多晶材料中的畴动态，该工作流程将基于深度学习的畴结构分割与使用多层旋转不变自动编码器（rVAE）的非线性降维相结合。前者允许明确的识别和分类的铁电和铁弹畴壁。rVAE发现了畴壁几何形状及其动态的潜在表征，从而提供了对偏振切换的内在机制的洞察，可以进一步与简单的物理模型进行比较。的rVAE解开的铁电壁钉扎效率的影响因素，铁弹壁分布和铁电壁钉扎的相关性提供见解。
2021-05-15 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci
Multiferroic Domain Dynamics in Strained Strontium Titanate
在钛酸锶中施加双轴应变可以诱导多铁性，导致铁电畴和反铁畸变畴共存。通过设计施加在晶格上的应变的大小和符号可以用于调节这两种现象之间的相变和相互作用。利用光学二次谐波产生，我们报告了从中心对称的4/mmm相的铁电毫米2的过渡，其次是反铁电畸变过渡到耦合铁弹-铁电毫米2相的钛酸锶薄膜在双轴拉伸应变0.94%。计算结果与理论第一性原理和相场预测相吻合。直接成像所产生的铁电相变域，并在电场下切换演示使用压电力显微镜。非线性光学结合相场模拟表明，占主导地位的多铁性畴反转机制是通过耦合的90度铁电-铁弹畴壁运动。更广泛地说，这些共存的铁电（极性）和反铁磁畸变旋转（轴向）现象的研究可能与共存的铁电（极性）和磁（轴向）现象的多铁性有关。
2006-09-22 cond-mat.mtrl-sci
Surface polar states and pyroelectricity in ferroelastics induced by flexo-roto field
基于Landau-Ginzburg-Devonshire（LGD）理论的理论分析表明，挠曲电效应和旋转致伸缩的共同作用导致在具有静态八面体旋转的非铁电铁弹材料（如SrTiO 3）表面附近出现大的自发面内极化（~ 1-5 μ C/cm 2）和热释电系数（~10^-3 C/m2 K）。不适当的极化和热释电的起源是一个电场，我们称之为弯曲旋转场，其强度与弯曲和旋转伸缩张量与八面体倾斜及其梯度的卷积成正比。在所有具有静态八面体旋转的结构中，表面和界面处都应该存在挠曲旋转场，因此它可以在一大类非极性材料中诱导表面极性态和热释电。
2012-01-24 cond-mat.mtrl-sci
Thermodynamics of Polydomain Ferroelectric Bilayers and Graded Multilayers
研究了铁电双层膜和梯度多层膜中的平衡畴结构及其在电场作用下的演化。平衡双层是自极化的，包含一个单域和一个多域（180域）层。梯度多层膜的极化过程是由多畴层向单畴状态的渐进转变所导致的楔形畴的运动来进行的。该理论对梯度铁电薄膜的介电特性提供了基本的解释，并可应用于梯度铁磁和铁弹材料。
2006-04-13 cond-mat.mtrl-sci
Local electrical control of magnetic order and orientation by ferroelastic domain arrangements just above room temperature
铁磁性材料（铁磁、铁电、铁弹）通常分为具有不同序参量取向的畴。耦合不同的铁性系统产生了新的功能，例如对宏观磁性（包括磁化和矫顽场）的电控制。在这里，我们表明，铁弹域可以用来控制在纳米级的电压的磁秩序和磁化方向。我们使用特定元素的X射线成像映射的磁畴作为温度和电压的函数在外延FeRh的铁弹性钛酸钡。利用FeRh的纳米级相分离，我们在室温以上的小电场下局部地在铁磁性和反铁磁性之间相互转换。我们的研究结果强调了纳米铁性畴结构的重要性，以实现人工多铁性增强耦合。
2014-12-11 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Atomic-environment-dependent thickness of ferroelastic domain walls
畴壁由于其独特的性质和在未来纳米电子学中的潜在应用而在铁电体中引起越来越多的关注。然而，铁弹畴壁的厚度仍然难以捉摸，由于在实验表征的挑战。在这里，我们确定的铁弹畴壁的原子结构，并精确地测量在皮米级的偏振和畴壁厚度，使用像差校正的扫描透射电子显微镜中的环形明场成像。我们发现在PbZr0.2Ti0.8O3和PbTiO3薄膜中的畴壁厚度通常约为一个晶胞，在此范围内氧八面体畸变行为与第一性原理计算非常一致.值得注意的是，还观察到约两个晶胞厚度的更宽的畴壁，因为这些畴壁与位错耦合并经历压应变。这些结果表明，铁弹畴壁的厚度高度依赖于它们的原子环境。这项研究可以帮助我们理解过去有争议的实验结果，并提供进一步的见解，通过应变工程控制畴壁在纳米电子学中的可能应用。
2019-10-06 cond-mat.mtrl-sci
Magnetization Reversal by Electric-Field Decoupling of Magnetic and Ferroelectric Domains Walls in Multiferroic-Based Heterostructures
我们证明了与反铁磁多铁性材料（LuMnO 3）接触的铁磁体的磁化强度可以通过电场脉冲快速反转，并且磁交换偏置的符号可以等温地切换和恢复。由于LuMnO3不是铁弹性的，我们的数据最终表明，这种开关是不介导的应变效应，而是一个独特的电场驱动的铁电和铁磁畴壁去耦。它们独特的动力学对于所观察到的磁开关是必不可少的。
2010-09-04 cond-mat.mtrl-sci
Revealing tilt-driven structural heterogeneity in hybrid improper ferroelectrics by spatially-resolved crystallography
University of Warwick（华威大学）；European Synchrotron Radiation Facility（欧洲同步辐射装置）
本研究利用扫描三维X射线衍射技术，在混合非本征铁电体中揭示了畴壁的扩展结构，其宽度远超传统界面，并通过倾斜序参量的连续旋转形成四方中间态，为理解铁弹畴壁形成和铁电切换提供了微观机制。
2026-09-22 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
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
Origin Of the enhanced flexoelectricity of relaxor ferroelectrics
我们测量了组分位于弛豫-铁电相界的Pb（Mg_（1/3）Nb_（2/3））O_3-PbTiO_3单晶的弯曲诱导极化。该晶体显示非常大的挠曲电性，与flexocoupling系数的数量级大于由Kogan和Tagantsev的理论设定的理论上限。这种增强在释义中持续到与晶体中弹性软化的开始相一致的温度T*。对弛豫铁电体的挠曲电性、介电性和弹性性质的温度依赖性和相互关系的分析表明，弛豫铁电体的大弯曲诱导极化不是由固有的巨大挠曲电性引起的，而是由极性纳米孪晶的重取向引起的，在低于T* 时，这些纳米孪晶变得具有铁弹活性。
2013-12-20 cond-mat.mtrl-sci
Proper ferroelastic phase transitions in thin epitaxial films with symmetry-conserving and symmetry-breaking misfit strains
研究了具有二阶固有铁弹相变的材料外延膜中铁弹畴结构的形成。所考虑的畴结构类似于钙钛矿铁电体中的$a_{1}/a_{2}/a_{1}/a_{2}$或$c/a/c/a$结构。如果与转变无关的“非本征”错配应变不破坏高温相的对称性，则膜中的相变发生在与体相相比略低的温度下。然后，相对于正弦应变波发生稳定性的损失，该正弦应变波演变成具有几乎相同的几何形状和近似相同的周期的域结构。在存在失配应变的破缺分量（“非本征”失配）的情况下，相变的特征是质的不同的。在这种情况下，它是单畴和多畴状态之间的{ \em拓扑}转变，其从低密度的畴壁开始。
2001-04-13 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.stat-mech
Ferroelastic domain walls in BiFeO$_3$ as memristive networks
在BiFeO $_3$（BFO）和其他名义上绝缘的铁电体中，已经报道了沿着单个畴壁（DW）的电子传导。这些材料中的DW将不同取向的电极化区域（域）分开，并且只有几个原子宽，提供自组装的纳米导电路径。在这项工作中，它表明，电子传输也可以从壁到壁通过致密的网络生长DW在BFO薄膜。在网络的不同点处的电场循环，通过导电原子力显微镜（cAFM）局部地执行，在DW处选择性地诱导电阻切换，用于垂直（单壁）和横向（壁到壁）导电。这些发现是研究DW作为信息处理和物质计算的忆阻网络的第一步。
2022-07-06 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Hierarchical domain structures in buckled ferroelectric free sheets
本文研究了自由BaTiO3铁电薄片在刚性基底上屈曲分层结构中的铁弹畴自组织，揭示了沿屈曲轮廓的畴层级分布及其与晶体取向错位的关系，为柔性氧化物铁电畴工程提供了新思路。
2024-11-29 cond-mat.mtrl-sci
Raman signatures of ferroic domain walls captured by principal component analysis
铁电畴壁目前正在研究的几个国家的最先进的技术，以更好地了解其独特的功能特性。在这里，主成分分析（PCA）的拉曼光谱图被用来研究铁电畴壁（DW）在铌酸锂和NdGaO 3的铁弹DW。结果表明，PCA允许快速，可靠地确定在铁电DW的小拉曼峰的变化，并可以推导出的值的峰移-准确地和没有先验-从一阶泰勒展开的光谱。PCA的能力，分离的铁弹域和DW的拉曼光谱的贡献被强调。更一般地说，我们的研究结果提供了一个新的路线，任何属性映射到整个DW的统计分析。
2018-06-22 cond-mat.mtrl-sci
Extrinsic contributions in a nonuniform ferroic sample: Dielectric, piezoelectric and elastic
多畴铁电体样品中畴壁极微小运动对小信号介电常数的贡献Δ ε是多年来的研究课题。在铁弹性铁电体中，这种运动也有助于它们的压电（通过Delta_d）和弹性（通过Delta_s）性质。关于它们同时存在的数据很少，但现有的数据表明，正如预期的那样，Delta_d、Delta_d和Delta_s相互成比例。为了理解非本征贡献的大小，必须理解作用于畴壁的回复力的来源。在目前的贡献的理论已经发展的基础上的模型的板状样品中的铁电-铁弹块提供了一个非铁性的表面层。畴壁在块体中的运动导致块体和层中的电能和弹性能的变化，这提供了回复力的来源。这使得有可能确定所有提到的外在贡献。我们讨论了该模型的适用性，为单晶和陶瓷颗粒的可用数据。
2007-02-13 cond-mat.mtrl-sci
Characterisation of ferroelectric domains in magnetite (Fe3O4)
本研究利用压电力显微镜获取磁铁矿在38 K相变以下的铁电畴实空间图像，揭示了其局部行为及压电性与铁电性的起始温度依赖性。
2023-10-24 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Free-standing ferroelectric multilayers: Crossover from thin-film to bulk behavior
铁电薄膜通常具有与体铁电体非常不同的相态和物理性质。在这里，我们提出了独立的铁电弹性多层膜作为这两种材料系统之间的桥梁。使用非线性热力学理论，我们确定的温度，失配应变，和铁电材料的体积分数Fi的函数，这样的多层膜的相态。对PbTiO_3和BaTiO_3两种经典铁电体的数值计算表明，在fi -> 0和fi -> 1的极限情况下，多层膜的极化状态与薄膜和体晶的极化状态一致。然而，在中间体积分数，失配应变温度相图的多层膜有很大的不同，从外延膜。值得注意的是，在薄膜和块状晶体中不存在的铁电相可以在BaTiO 3多层膜中稳定。由于附加的可调参数和减少的钳位，铁电多层膜可能是优越的，为广泛的器件应用。
2010-12-24 cond-mat.mtrl-sci
Manipulating Ferroelectric Domains in Nanostructures Under Electron Beams
在透射电子显微镜（TEM）观察中，独立的BaTiO 3纳米点表现出铁弹90°畴的不同象限的畴结构。这些显着不同的磁通封闭域图案在相同的系统中，通过piezoresponse力显微镜成像。基于一系列的相场模拟的钛酸钡纳米点，我们认为，TEM图案的结果从径向电场所产生的电子束充电的纳米点。对于足够大的充电，这将通量封闭域模式转换为具有径向净极化的象限模式。这不仅解释了在铁电纳米点的TEM研究中观察到的令人困惑的图案，而且还表明了如何通过电子束操纵铁电畴图案。
2013-10-30 cond-mat.mtrl-sci
Thermal and Size Effects in Ferroelastic Domains by Machine Learning
Queen’s University Belfast（贝尔法斯特女王大学）；Oak Ridge National Laboratory (ORNL)（橡树岭国家实验室）；Technical University of Denmark（丹麦技术大学）
通过机器学习研究LaAlO3薄膜中铁电弹性域壁的热效应与尺寸效应，揭示厚度和温度对域壁形态和动力学的调控作用。
2025-12-11 cond-mat.mtrl-sci
Ferroelectric 180 degree walls are mechanically softer than the domains they separate
畴壁在功能上不同于它们所分隔的畴，但对它们的机械性质知之甚少。使用扫描探针显微镜，我们已经测量了铁电180 °畴壁的机械响应，并观察到，尽管分离域是机械相同的（非铁弹性），壁是机械不同的-软-相比的域。在不同的铁电材料（LiNbO3、BaTiO3、PbTiO3）和不同的形貌（从单晶到薄膜）中观察到了这种效应，因此它似乎是普遍的。我们提出了一个理论框架，解释畴壁软化和证明的效果应该是共同的所有铁电体。
2020-05-08 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Two-Dimensional Hyperferroelectric Metals: a Different Route to Ferromagnetic-Ferroelectric Multiferroics
近年来，二维多铁性材料因其独特的性质和广阔的应用前景而引起了人们的广泛关注。虽然铁电（FE）-铁弹和铁磁（FM）-铁弹多铁性在二维系统中已经被观察到/预测，但由于FM绝缘体非常罕见，二维铁磁-铁电（FM-FE）多铁性仍有待发现。在这里，我们首次提出了二维超铁电金属的概念，在二维系统中不再需要FM-FE多铁性的绝缘先决条件。我们通过对二维CrN和CrB 2系统进行第一性原理计算，验证了二维超铁电金属和二维金属FM-FE多铁性的概念。二维屈曲单层CrN被发现是具有FM基态的超铁电金属，即，二维FM-FE多铁性。利用全局优化方法，我们发现二维CrB 2系统具有反铁磁（AFM）/平面基态和FM/FE亚稳态，表明它可以用于实现电场对磁性的控制.我们的分析表明，自旋-声子耦合和金属-金属相互作用是两个新的机制，稳定的平面外电极化的强度在二维系统。我们的工作不仅将铁电多铁性的概念扩展到了金属体系，而且为寻找高温FM-FE多铁性材料开辟了一条新的途径。
2017-12-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Emergence of strong room-temperature ferroelectricity and multiferroicity in 2D-Ti$_3$C$_2$T$_x$ free-standing MXene film
二维（2D）多铁性材料是智能技术发展的关键候选材料。在这里，我们采用了一种简单的合成方法来实现人们期待已久的开发铁电和多铁性2D材料的梦想，特别是在称为MXenes的新型材料中。蚀刻的Ti $_3$ C $_2$ T $_x$ MXene首先在HF处理之后合成，然后进行分层工艺以成功合成自支撑Ti $_3$ C $_2$ T $_x$膜。然后将自支撑膜在室温下暴露于空气以及在不同温度下加热以形成衍生自Ti $_3$ C $_2$ T $_x$ MXene本身的TiO $_2$层。TiO $_2$是一种初期铁电材料，具有复合铁电相。结构和形貌分析证实了自支撑膜的成功合成，拉曼光谱揭示了不同相的TiO $_2$的形成。铁电体的测量表明，在室温下的一个明确的极化滞后回线。此外，在薄膜中观察到的磁滞表明在室温下的铁电和铁磁相之间的耦合的可能性。还进行了磁电耦合测试，其显示在施加的磁场下的清晰的、可切换的自发极化。这是首次报道室温下二维自支撑MXene薄膜中存在铁电相和多铁性耦合，这开辟了室温下基于二维材料的电和磁数据存储应用的可能性。
2022-07-02 cond-mat.mtrl-sci
Mechanical Control of Polar Order
University of California, Berkeley（加州大学伯克利分校）；Kepler Computing（开普勒计算公司）；Rice Advanced Materials Institute, Rice University（莱斯大学先进材料研究所）；Rice University（莱斯大学）；Department of Engineering Physics, University of California, Berkeley（加州大学伯克利分校工程物理系）；Department of Physics, University of California, Berkeley（加州大学伯克利分校物理系）
研究通过机械辅助方法实现BiFeO3极化反转，降低开关电压并稳定共存极化态，揭示机械应力作为热力学控制参数的作用，为多铁氧化物中耦合序参量控制提供新框架。
2026-03-16 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Size effects on the second order ferroelectric phase transition in a thin film with non-symmetric boundary conditions
本文讨论了任意边界条件下薄膜中二阶铁电或铁弹相变的唯象理论的解析解。分析了相应欧拉-拉格朗日方程的一般相平面图。对于某些特定的外推长度，发现了薄膜中的序参量分布。外推长度与相反的符号的情况下，也被认为是数字。结果表明，当外推长度具有相同的绝对值和相反的符号时，序参量和相变温度的尺寸效应明显减弱。
2012-08-24 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Domain walls of ferroelectric BaTiO3 within the Ginzburg-Landau-Devonshire phenomenological model
在唯象的Ginzburg-Landau-Devonshire（GLD）模型的框架下，系统地研究了BaTiO 3的四方相、斜方相和菱方相铁电相的机械相容和电中性畴壁，参数为参考[Hlinka and Marton，Phys. Rev. 74，104 - 104（2006）]。在畴壁内的极化和应变分布进行了数值计算，并在近似范围内导致准一维的解析解先前应用于四相的铁电壁[W. Cao和L.E. Cross，Phys.Rev.44，5（1991）]。畴壁厚度和能量密度的所有机械兼容和电中性畴壁物种在整个温度范围内的铁电相的估计。该模型表明，最低的能量墙在BaTiO 3的正交相是90度和60度的墙壁。在菱形相中，最低能量壁是71度和109度壁。所有这些铁弹壁的厚度都小于1 nm，除了90度的四面体相壁和60度的S-壁的正交相，其中发现的较大的厚度为5 nm的数量级。计算表明，最低能量结构的109度壁和其他一些畴壁在正交和菱面体相类似于布洛赫从磁性已知的墙。
2010-01-11 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Exploring Domain Wall Pinning in Ferroelectrics via Automated High Throughput AFM
University of Tennessee（田纳西大学）；Institute of Science Tokyo（东京科学大学）；Pacific Northwest National Laboratory（太平洋西北国家实验室）
本研究利用机器学习控制的自动化压电响应力显微镜，高通量分析了铁电薄膜中1500次畴壁切换事件，揭示了畴壁位移对电场参数和局部铁电-铁弹性构型的双重依赖性，并构建了预测性映射，为铁电存储器设计提供了基础。
2025-05-29 cond-mat.mtrl-sci cs.CV cs.LG
"Annular" ferroelectric domains in hexagonal manganites
铁电畴的结构特征对于理解铁电材料的微观结构和物理性质具有重要意义，对于信息存储和电子开关也具有重要的技术意义。有三种众所周知的铁电有序形式分别与自发磁化、电极化的强度和自发应变相关。铁电性通常伴随着铁弹性应变，因此铁电畴倾向于形成简单的细长结构。然而，由于强边界条件，纳米材料或缺陷附近的铁电畴可能具有不寻常的配置。此外，在YMnO 3中观察到多个铁电畴在一点合并的涡旋畴。在此，我们报告了在六方锰氧化物中发现的具有同心圆柱形状的独特铁电畴。我们还观察到具有多个环形图案的显著域。我们的发现可能为铁电畴的全面研究开辟一条新的途径，这种新的模式也可能导致新的技术应用的可能性。
2012-05-21 cond-mat.mtrl-sci
Hydrodynamics of Domain Walls in Multiferroics: Impact on Memory Devices
我们发现，开关在铁电锗酸铅和铅铁钽锆钛酸盐（PZTFT）不类似的平衡域结构的演变的Landau-Lifshitz-Kittel模型，而是高度非平衡和类似的，分别在液体中的Richtmyer-Meshkov不稳定性和Helfrich-Hursault滑动不稳定性在液晶。在PZTFT中产生的纳米畴结构是圆形或抛物线形的，并且涉及折叠分叉。这些可能对也是铁弹性的铁电薄膜存储器产生不期望的影响。
2016-06-11 cond-mat.mtrl-sci
Switching of both local ferroelectric and magnetic domains in multiferroic Bi0.9La0.1FeO3 thin film by mechanical force
除了电场和磁场外，多铁性材料中有序参数的交叉耦合无论从实际应用还是从基础研究的角度来看都是非常有必要的。近年来，机械力通过电弹耦合作用在铁电材料中实现铁电有序参数的转变引起了人们的极大关注。利用扫描探针显微镜系统研究了多晶多铁性Bi 0. 9 La 0. 1FeO 3薄膜的机械力诱导极化和磁化反转。压电响应力显微镜和磁力显微镜的响应表明，Bi 0. 9 La 0. 1FeO 3薄膜中的铁电畴和磁畴都可以通过机械力和电场实现开关。由机械力产生的高应变梯度被证明是能够诱导铁弹开关，从而诱导铁电偶极子和磁自旋翻转在我们的薄膜，作为电-弹耦合和磁电耦合的结果。在室温下的铁电和磁畴的机械力控制的演示提供了一个新的自由度的操纵多铁性，并可能导致新的功能的设备。
2016-03-04 cond-mat.mtrl-sci
Probing the Surface Polarization of Ferroelectric Thin Films by X-ray Standing Waves
本研究利用X射线驻波技术以皮米精度直接探测不同应变BaTiO3薄膜表面附近的原子位置与局域极化，并结合X射线光电子能谱揭示含氧吸附物对表面极化稳定机制的影响。
2023-09-04 cond-mat.mtrl-sci
Control of magnetic relaxation by electric-field-induced ferroelectric phase transition and inhomogeneous domain switching
在应变介导的多铁性异质结构中，磁的电场调制被认为是实现超低功耗存储器和磁性微波器件的有前途的方案。然而，人们还没有很好地了解如何电场诱导应变影响磁弛豫，器件应用的一个重要的物理过程。在这里，我们研究了铁磁/铁电多铁性异质结构，FeGaB/PMN-PT和NiFe/PMN-PT，在两个不同的应变状态提供的电场诱导铁电相变的共振磁化动力学。应变不仅改变磁各向异性，而且改变磁弛豫。在FeGaB/PMN-PT中，我们观察到电场对本征吉尔伯特阻尼的近两倍的改变，这归因于自旋轨道耦合的应变诱导调谐。相比之下，一个小的，但可测量的变化，在非本征线宽加宽归因于不均匀的铁弹域切换过程中的PMN-PT基板的相变。
2015-09-08 cond-mat.mtrl-sci
Dielectric and electro-mechanic nonlinearities in perovskite oxide ferroelectrics, relaxors and relaxor ferroelectrics
铁电材料在低于宏观矫顽场的场下的极化和应变响应对于许多电子器件的操作至关重要。实际铁电材料和相关材料的响应一般是复杂的，难以解释。其原因是铁电材料中的许多过程通常同时有助于其性质。实例包括铁电和铁弹畴的运动、畴内畴的存在、不同类型的极性纳米实体的动力学、极性纳米实体（例如，弛豫器中的极性纳米区域）与域内的应变和极化、缺陷的运动和缺陷簇的重排以及它们与极化和应变的相互作用。这些过程的一个特征是应变和极化的非线性。大多数铁电体在所有实际场水平下都表现出非线性响应，这意味着表观材料系数取决于驱动激励的幅度。在本文中，我们表明，非线性行为的调查是一个敏感的方式来研究各种机制的电介质和压电材料。我们回顾了极化和应变的非线性描述的基本形式主义，给出了不同的条款的物理解释，并说明了这种方法的弛豫，弛豫铁电体，硬和软铁电体，和morphotropic相边界组合物的许多例子。基于锁定技术，是非常适合这样的研究的实验方法也进行了讨论。
2021-02-09 cond-mat.mtrl-sci
Ferroelectricity in free standing perovskite-based nanodots: A density functional theory study
我们使用密度泛函理论来研究独立的，基于钙钛矿的纳米点的极性和多铁性状态的可能性在其极限的小型化：单个单元电池与终端，以允许中心对称。我们考虑了三种纳米点族的A-O和B-O2终止：i）A=Ba，B=Ti、Zr和Hf; ii）A=Ca和Sr，B=Ti;以及iii）A = Na和K，B=Nb。我们发现所有的A-O终止点是非极性的，并表现出立方对称性，无论铁电性的存在下，在散装。除了Ca 8 TiO 6之外，这些点都带有净磁矩。另一方面，在本研究中考虑的所有B-O2终止的纳米点弛豫到非立方基态。相当令人惊讶的是，这些结构的子集（BaTi 8 O 12、BaHf 8 O 12、BaZr 8 O 12、SrTi 8 O 12、CaTi 8 O 12和KNb 8 O 12）表现出极性基态。我们提出了一个新的结构参数，集群容差因子（CTF），以确定是否一个特定的组合A和B将产生一个极性的基态的纳米点的几何形状，类似于Goldschleman因子在散装铁电体。我们还发现，在所有极性的B-O2终止纳米点也是磁性的。多铁性态起源于外围B原子的自旋密度和主要由偏离中心的A原子引起的极性之间的分离。我们的研究结果强调，表面终止起着至关重要的作用，在确定铁电性是否完全抑制钙钛矿基材料在其极限的小型化。
2019-11-11 cond-mat.mtrl-sci
Intrinsic structural instabilities of domain walls driven by gradient couplings: meandering anferrodistortive-ferroelectric domain walls in BiFeO3
使用Landau-Ginzburg-Devonshire方法，我们预测的铁电-铁弹畴壁的内在不稳定性的反铁电畸变和铁电序参量的梯度项之间的相互作用出现在壁。这些不稳定性是体相共存附近的结构不稳定性的界面模拟，因此它们不是来自薄膜中的不完全极化屏蔽或其空间限制、电致伸缩或挠曲电耦合。研究了BiFeO 3材料参数对71 °、109 °和180 °壁面的影响，发现在109 °和180 °壁面处，当能量梯度较小时，出现弯曲不稳定性，当能量梯度较大时，壁面变直变宽.与180度和109度畴壁相反，不带电的71度畴壁总是直的，并且它们的宽度随着倾斜梯度系数的增加而增加。壁的不稳定性和相关的内在曲折提供了一个新的洞察准同型和弛豫材料，壁钉扎，和序参量场和局部微观结构之间的相互作用机制的行为。
2018-12-31 cond-mat.mtrl-sci
Phase transitions induced by confinement of ferroic nanoparticles
提出了在唯象理论框架下研究初级铁性（铁电、铁磁、铁弹）纳米粒子相变的一般方法。自由能中考虑了表面应力、序参量梯度、伸缩效应以及退极化和退磁效应。弯曲的纳米颗粒表面下的强内在的表面应力被证明在转变温度（如果有的话）的移动中发挥重要作用，直到出现新的有序相缺席的散装铁电。推导了尺寸诱导铁电相变温度与圆柱或球形纳米颗粒尺寸、极化梯度系数、相关半径、表面内应力和电致伸缩系数的近似解析表达式。结果表明，纳米颗粒的相变温度可以高于块体材料的相变温度。纳米线铁电性能保持和增强的最佳条件对应于半径5 - 50nm和表面压应力。在有利的条件下，尺寸效应（空间限制）诱导铁电相的初始铁电纳米线和纳米球。室温下半径小于5 - 20 nm的KTaO 3纳米棒中尺寸诱导铁电性的预测对于下一步基于3D纳米结构的器件小型化可能很重要。
2007-03-25 cond-mat.mtrl-sci
Glasslike phonon excitation caused by ferroelectric structural instability
探索有序相附近的新物质状态是推动现代物理学向前发展的一条有前途的道路。通过对铁电晶体Ba_（1-x）Sr_xAl_2 O_4的热性质的研究，我们发现铁电晶体中声子的低能激发在铁电相的边界处有明显的增强和临界行为。声子谱向FE相界方向衰减，并转变为玻色子峰的玻璃状声子激发。因此，该系统将长期存在的非晶态固体和晶体中的结构不稳定性问题联系起来，为控制晶格波动作为新的调谐参数铺平了道路。
2021-04-05 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Identification of the defect distribution at ferroelectric domain walls from the evolution of nonlinear dielectric response during aging process
铁电畴壁的运动对铁电材料的宏观介电和压电响应有很大贡献。然而，通过铁电材料的畴壁运动受到晶体缺陷上的钉扎的阻碍，这实质上减少了这些贡献。在这里，使用热力学模型的基础上的Landau-Ginzburg-Devonshire理论，我们发现微观可逆运动的非铁弹180度畴壁相互作用的钉扎中心和非线性宏观介电常数的周期性阵列之间的关系。我们表明，畴壁的可逆运动可以分为两个基本模式。第一，钉扎中心之间的畴壁弯曲，第二，畴壁平面的均匀运动。我们发现，它们各自的贡献可能会发生变化时，钉扎中心的分布在材料老化过程中重新安排。我们证明，它是可能的，以表明在材料老化过程中的畴壁运动的机制受到影响。这允许判断缺陷是否仅均匀地积聚在畴壁处或优选在畴壁平面内的某些方向上排列。我们建议，这一信息可以得到使用简单的宏观介电测量和适当的非线性响应分析。因此，我们的研究结果可以作为一个简单而有用的工具，以获得在老化过程中的畴壁钉扎的细节。
2016-02-09 cond-mat.mtrl-sci
Strong electrostatic control of excitonic features in MoS$_2$ by a free-standing ultrahigh-$κ$ ferroelectric perovskite
该研究利用独立式BTO铁电层在室温下实现单层MoS$_2$激子与三激子发射的低功耗、可调及非易失静电控制。
2024-05-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
