Antiferroelectricity and ferroelectricity in epitaxially strained PbZrO3 from first principles
密度泛函计算进行研究的PbZrO 3的外延应变的效果。我们发现在实验可获得的外延应变的整个范围内，外延应变极性R3 c和非极性Pbam结构之间的能量差非常小，为-3% < η<4%。虽然铁电性有利于所有的压缩应变，拉伸应变之间的非极性基态和替代极性相产生一个强大的反铁电基态的小能量差。在薄膜中观察到的铁电性和反铁电性的共存归因于应变和退极化场效应的组合。
2014-05-14 cond-mat.mtrl-sci
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
Quadruple-well ferroelectricity and moderate switching barrier in defective wurtzite α-Al2S3: a first-principles study
该研究通过第一性原理计算发现，阳离子空位有序的纤锌矿 α-Al2S3 具有单轴四阱铁电性和较低开关势垒，应变与 Ga 掺杂还可进一步降垒。
2024-07-30 cond-mat.mtrl-sci
Strain-Induced Room-Temperature Ferroelectricity in SrTiO$_3$ Membranes
复合氧化物异质外延的进展突出了利用应变工程通过晶格失配来控制薄膜异质结构中的铁电性的巨大潜力。然而，这种方法缺乏产生大的和连续可变的应变状态的能力，从而限制了设计和调节铁电膜的期望性质的潜力。在这里，我们观察和探索动态应变诱导铁电性SrTiO $_3$层压独立的氧化膜上的可拉伸的聚合物衬底。利用扫描探针显微镜，光学二次谐波产生测量和原子模型的组合，我们证明了强大的室温铁电性在SrTiO $_3$与2.0%的单轴拉伸应变，证实了180°铁电畴和400 K的外推转变温度的显着特征。我们的工作揭示了利用氧化物膜在环境友好的无铅氧化物中产生和增强铁电性的巨大潜力，这对非易失性存储器和微波电子学等应用具有很大的希望。
2020-05-18 cond-mat.mtrl-sci
ab initio Study of Strain-Induced Ferroelectricity in SrTiO3
用第一性原理结构优化技术研究了自支撑和面内应变SrTiO 3的带中心畸变的总能量表面上的谷线[Jpn. J. Appl.Phys.vol.43（2004），p.6785]。数值计算的结果证实，铁电性诱导，居里温度增加，通过施加双轴压缩或拉伸应变。沿着失真，软，硬模式之间的强非线性耦合被证明。
2005-06-09 cond-mat.mtrl-sci
Ferroelectricity in [111]-oriented epitaxially strained SrTiO$_3$ from first principles
利用第一性原理密度泛函理论计算研究了双轴应变对[111]取向SrTiO $_3$低温结构和铁电性能的影响。我们发现，[111]双轴应变，可实现沿[111]方向的相干外延生长，诱导结构的扭曲SrTiO $_3$，不存在于无论是散装或[001]取向的SrTiO $_3$。在[111]双轴应变下，SrTiO $_3$在拉伸应变下表现出铁电性，在压缩应变下表现出顺电性。我们计算了SrTiO $_3$的声子谱和宏观极化随[111]双轴应变的变化，并将我们的结果与Pertsev，Tagantsev和Setter [Phys.Rev.B61，825（2000）; Phys.Rev.B65，219901（2002）]的自由能唯象模型的预测相关联。
2019-03-13 cond-mat.mtrl-sci
Origin of Ferroelectricity in Hafnia from Epitaxial Strain
铁电氧化物由于其在纳米级样品中具有强大的铁电性及其与硅的兼容性，正在被探索用于下一代电子产品。然而，它的铁电性还不清楚。其他铁电体在纳米尺度的样品和薄膜中通常会失去铁电性，氧化铌的基态是非极性斜锆石。本文用密度泛函理论（DFT）研究了外延应变下的Al_2O_3，发现应变不仅稳定了铁电相，而且导致了不稳定的模式和能量从高温四元结构的下降路径。我们发现，对于晶格常数为PDMATHABMM_（？）~的正方形衬底，在拉伸外延应变下，铁电PDMATHABMN_（？）最稳定，甚至比斜锆石更稳定。此外，我们还发现，在拉伸外延应变$η$下，四方相将变形为两种铁电相之一：对于$η> 1.5$，$Γ^{-}_{5}$模是不稳定的，并导致\oII，而在$η> 3.75$，该模与带边界M1模之间的耦合导致\oI .
2022-04-14 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
Incipient ferroelectricity in 2.3% tensile-strained CaMnO3 films
在（001）取向的LaAlO_3衬底上生长的CaMnO_3外延薄膜在25K以下具有初始铁电性。光学二次谐波产生（SHG）用于检测初始偏振。二次谐波分析表明，具有正交b轴面内取向的CaMnO 3微晶有助于沿正交a轴取向的电极化的强度（分别为1.0 μ m和1.5 μ m）。c）轴与密度泛函计算的预测一致。
2012-05-08 cond-mat.mtrl-sci
First principles investigation of ferroelectricity in epitaxially strained Pb$_2$TiO$_4$
本文用密度泛函理论研究了假设的Ruddlesden-Popper化合物Pb $_2$ TiO $_4$的结构和极化。计算了空间群为$I4/mmm$的高对称性K-$_2$-NiF-$_4$-型参考结构的带内声子.在理论基态晶格常数下，存在一个不稳定的红外激活声子。该声子冻结以产生$I2mm$铁电态。作为外延应变的函数，两个额外的铁电相被发现，与空间群$I4mm$和$F2mm$在压缩和拉伸应变，分别。
2005-01-06 cond-mat.mtrl-sci
Strain Induced Relaxor-type Ferroelectricity Near Room Temperature in Delafossite CuCrO2
采用固相反应法合成了CuCrO2多晶样品。对这些样品进行了温度相关的介电测量、同步辐射X射线衍射（SXRD）、热释电电流和拉曼光谱测量。在CuCrO_2（铜铁矿家族的一员）体系中，在室温附近存在弛豫型铁电性的证据已经被提出。介电常数和频率色散的宽的最大值的存在表明在室温附近的CuCrO2的弛豫型铁电性。仔细分析温度相关的SXRD数据和拉曼光谱数据表明，扭曲的CrO6八面体，是引起应变的样品。由于这种应变，极性区域在非极性基质中形成，这在样品中产生弛豫型铁电性。CrO6八面体的规则化和拉曼光谱中无序诱导峰在高温下的消失可能是在该样品中观察到的介电异常背后的原因。目前的研究表明，在室温附近的弛豫型铁电性是CuCrO2系统的固有特性，使其成为一个迷人的材料进行进一步探索。
2020-01-16 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
Strain-tunable in-plane ferroelectricity and lateral tunnel junction in monolayer group-IV monochalcogenides
二维铁电材料是设计低维存储器件的一种很有前途的材料。在这里，我们探讨应变可调的IV族单硫族化合物MX（M=Ge，Sn; X=S，Se）的铁电性能及其在横向场隧道结器件的潜在应用。我们发现这些单层具有面内铁电性，其铁电参数与其他已知的二维铁电材料相当。在SnSe，SnS，GeSe和GeS中，我们发现GeS具有最好的器件应用的铁电参数，这可以通过施加单轴拉伸应变来进一步改善。我们使用这些材料的铁电性质的计算研究的隧道电阻（TER）的4 nm器件的横向铁电隧道结的基础上。我们发现了大量的TER比$10^3-10^5$在基于这些材料的设备，这可以进一步提高到40倍的拉伸应变的应用。
2022-01-21 cond-mat.mtrl-sci
Strain-induced ferroelectricity in simple rocksalt binary oxides
碱土金属二元氧化物具有简单的岩盐结构，由于其在地幔中的大量存在以及在微电子器件中的潜在用途，形成了一个重要的化合物家族。然而，与多功能铁电钙钛矿氧化物相比，它们的实际应用仍然有限，并且在简单的二元氧化物中出现铁电性和相关的功能性质似乎是如此不可能，以至于以前从未考虑过。在这里，我们使用第一性原理密度泛函计算表明，铁电性可以很容易地诱导在简单的碱土二元氧化物，如氧化钡（BaO）使用适当的外延应变。超越了基本的发现，我们表明，这种应变二元氧化物的功能特性（极化，介电常数和压电响应）的幅度与典型的铁电钙钛矿氧化物相当，因此使它们的应用程序的直接利益。最后，我们表明，磁性二元氧化物，如EuO，具有相同的岩盐结构，表现类似的碱土金属氧化物，提出了一种新的多铁性相结合的铁电和磁性的路线。
2009-06-23 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
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
Controlling the cation distribution and electric polarization with epitaxial strain in Aurivillius-phase Bi$_5$FeTi$_3$O$_{15}$
利用第一性原理电子结构计算方法研究了面内双轴（外延）应变对Aurivillius相化合物Bi $_5$ FeTi $_3$ O $_{15}$阳离子分布和电极化的强度的影响。我们的计算表明，Fe $^{3+}$阳离子的位置偏好可以通过外延应变控制。拉伸应变增强了对Aurivillius相结构的类钙钛矿层内的内部位点的偏好，而压缩应变有利于占据钙钛矿层内的外部位点，即，靠近Bi $_2$层的位置。控制磁性阳离子的分布为控制磁稀体系的磁序提供了可能。此外，电极化的强度的大小是强烈的应变依赖性，在拉伸应变下增加和压缩应变下减少。玻恩有效电荷的分析揭示了强烈的异常电荷，Bi $^{3+}$阳离子和Ti $^{4+}$阳离子。
2016-02-01 cond-mat.mtrl-sci
Origin of giant spin-lattice coupling and the suppression of ferroelectricity in EuTiO3 from first principles
从第一性原理出发，阐明了导致EuTiO 3铁电性抑制和八面体旋转增强的微观机制。我们发现，稀土Eu 4f态与B位Ti阳离子的杂化驱动系统远离铁电性。我们还表明，这种杂化的磁顺序依赖性是在这种材料中的自旋-声子耦合的主要来源。我们的研究结果强调了稀土f电子对这些过渡金属氧化物的晶格动力学和稳定性的重要性。
2013-09-05 cond-mat.mtrl-sci
Effect of epitaxial strain on the cation distribution in spinel ferrites CoFe2O4 and NiFe2O4: a density functional theory study
用GGA+U方法研究了外延应变对尖晶石型铁氧体CoFe_2O_4和NiFe_2O_4中阳离子分布的影响。我们得到一个非常强（温和）的趋势，在NiFe2O4（CoFe2O4）的阳离子反转，与大量的实验研究。这种对反尖晶石结构的偏好被拉伸外延应变降低，这可以导致阳离子分布对薄膜中的特定生长条件的强烈敏感性。此外，我们获得了显着的能量差异不同的阳离子安排具有相同程度的反转，最近提出的短程B网站顺序NiFe2O4提供了进一步的证据。
2011-08-26 cond-mat.mtrl-sci
Tunable ferroelectricity and anisotropic electric transport in monolayer $β$-GeSe
低维铁电性由于其在器件应用中的巨大潜力而引起了人们的极大关注。在这里，基于第一性原理计算，我们预测的存在自发的平面内的电极化和铁电性的单层$β$ -GeSe，一个多晶型的GeSe与船构象在实验中新合成的。极化强度约为$0.16$ nC/m，与最近实验研究的单层SnTe的极化强度相当，本征居里温度估计在200 K以上。有趣的是，由于其褶皱结构，$β$ -GeSe的物理性质可以容易地通过应变控制。通过施加（$\sim 1\%$）拉伸应变，可以将居里温度提高到室温以上，并且通过扶手椅方向或锯齿形方向的应变，可以大大增加极化的幅度。此外，我们发现，与电子掺杂的情况下，施加应变可以很容易地调整的各向异性电输运的优选导电方向旋转的$90^\circ$，这是与应变诱导的Lifshitz转变。沿两个面内方向的有效质量之间的比率可以经历两个数量级的戏剧性变化，即使通过2%的应变。我们的研究结果表明，单层$β$ -GeSe作为一个有前途的平台，探索铁电性在二维和纳米机械电子器件的应用。
2018-04-11 cond-mat.mtrl-sci
Improper ferroelectricity and multiferroism in 2HBaMnO$_3$
利用第一性原理计算，对BaMnO 3的稳定的2 H六方结构进行了理论研究。我们发现，从稳定的高温P63/mmc结构，化合物应该表现出不适当的铁电结构相变到P63 cm基态。结合其反铁磁性质，2 H-BaMnO 3因此预计在低温下是多铁性的。BaMnO_3的相变机理与YMnO_3相似，尽管它们的原子排列、阳离子尺寸和Mn的价态完全不同。
2013-02-08 cond-mat.mtrl-sci
Effect of epitaxial strain on cation and anion vacancy formation in MnO
相干外延薄膜中的双轴应变可对膜材料中的点缺陷轮廓具有显著影响。应变与点缺陷相互作用的详细基础知识对于理解应变薄膜的化学计量和由此产生的性质至关重要。本文以MnO为模型体系，研究了双轴应变对正、负离子空位形成能的影响。我们的密度泛函理论计算表明，正如预期的局部体积参数，压缩应变有利于阳离子空位的形成。有趣的是，我们发现，小的压缩和拉伸应变导致有序的孔分别沿面内和法线方向，这应该表现在不同的各向异性性能在两个应变状态。
2015-06-02 cond-mat.mtrl-sci
Ferroelectricity in strained Ca$_{0.5}$Sr$_{0.5}$TiO$_3$ from first principles
本文对应变Ca $_{0.5}$ Sr $_{0.5}$ TiO $_3$进行了密度泛函理论研究。我们已经确定了2 $\times$ 2 $\times$ 2超晶胞中Ca和Sr的一些排列的结构和极化。a和b晶格矢量被应变以匹配旋转的Si（001）面的晶格常数。为了设置CSTO研究的背景，我们还包括CaTiO $_3$和SrTiO $_3$的Si（001）约束结构的模拟。我们的主要研究结果是，所有的Ca $_{0.5}$ Sr $_{0.5}$ TiO $_3$结构检查，除了一个是铁电的，表现出的极化范围从0.08 C/m $^2$的最低能量配置约0.26 C/m $^2$的较高能量配置。我们发现，具有较大的偏振态的配置有较低的c/a比。电池的净极化是由A位阳离子调节的Ti-O铁电位移的结果。
2010-07-23 cond-mat.mtrl-sci
Ferroelectricity induced by the absorption of water molecules on double helix SnIP
我们研究了由双螺旋结构SnIP和水分子组成的一维体系的铁电性。我们的从头计算揭示了两个因素，是至关重要的电极化。第一个是在SnIP的R2区域停留的极化水分子的取向。第二种是I原子的位移，它来源于与吸附的水分子的微妙相互作用。在这项研究中，提出了一个合理的情况下的偏振翻转。在该方案中，水分子在保持其电偶极子的大小和改变其方向的情况下卷起，同时I原子的位移也是反向的。通过施加应变可以实现高度可调谐的偏振，通过施加拉伸应变可以获得26.5%的偏振增强，而在4%的压缩应变下仅观察到4%的退化。最后，还发现直接带隙与应变相关。
2022-08-13 cond-mat.mtrl-sci
Coupling and competition between ferroelectricity, magnetism, strain and oxygen vacancies in AMnO3 perovskites
我们采用基于密度泛函理论的第一性原理计算研究了钙钛矿锰氧化物系列AMnO 3（A= Ca 2+，Sr 2+，Ba 2+）中氧空位、A位阳离子尺寸/容限因子、外延应变、铁电性和磁性之间的相互作用。我们发现，正如预期的那样，通过化学压力或拉伸应变增加体积通常会降低中性氧空位的形成能，这与它们扩展晶格的既定趋势一致。增加的体积也有利于极性扭曲，因为氧八面体的竞争旋转被抑制，并且因为与阳离子偏离中心相关的库仑排斥减少。有趣的是，铁电极化的存在有利于铁磁反铁磁有序，由于抑制反铁磁超交换的极性扭曲弯曲的Mn-O-Mn键角远离最佳的180度。有趣的是，我们发现，极性扭曲竞争形成的氧空位，这有一个较高的形成能量在极性相;相反，氧空位的存在下抑制极化的发生。与此相反，氧空位的形成能是较低的铁磁比反铁磁有序相同的结构类型。我们的研究结果提出了一个丰富而复杂的相图，其中缺陷化学，极化，结构和磁性可以修改使用化学势，应变，电场或磁场。
2016-06-16 cond-mat.mtrl-sci
First Principles Investigation of Ferromagnetism and Ferroelectricity in Bismuth Manganite
我们目前的局部自旋密度近似（LSDA）赝势计算的钙钛矿结构的氧化物，铋锰氧化物（BiMnO3）的结果。通过首先计算高对称立方相的总能量和能带结构，然后依次降低磁性和结构对称性，确定了铋锰氧化物与其他钙钛矿锰氧化物之间差异的起源。我们的研究结果表明，铋阳离子和氧阴离子之间的共价键稳定不同的磁性和结构相相比，稀土锰氧化物。这与最近的实验结果一致，表明掺杂的铋锰氧化物中的电荷有序性增强。
1998-09-21 cond-mat.mtrl-sci
Sizes of Ferroelectricity Appearance and Disappearence in Nanosized Hafnia-Zirconia:Landau-type Theory
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兰采维奇材料科学问题研究所）；Department of Materials Science and Engineering, University of Tennessee（田纳西大学材料科学与工程系）；Faculty of Radiophysics, Electronics and Computer Systems, Taras Shevchenko National University of Kyiv（基辅塔拉斯舍甫琴科国立大学无线电物理、电子和计算机系统学院）；V. Lashkariov Institute of Semiconductor Physics, National Academy of Sciences of Ukraine（乌克兰国家科学院V.拉什卡廖夫半导体物理研究所）
研究纳米级氧化铪-氧化锆中铁电性的出现与消失临界尺寸，基于Landau理论分析应变依赖的相变行为及相图影响。
2026-01-09 cond-mat.mtrl-sci
Evidence for Incipient Ferroelectricity in YCrO3
立方结构是氧化物在高温下最常见的结构之一。当温度降低时，只有少数这些氧化物表现出铁电性，这是相当令人惊讶的。在本文中，我们使用的例子YCrO 3（YCO），一个早期的铁电材料，表明在大多数氧化物有两个竞争现象-铁电性的开始，由于旋转的CrO 6八面体和Y原子的位移导致抑制铁电性。这种竞争表明，虽然八面体旋转有利于较低的对称性状态，Y原子位移反对它离开YCO表现出只有一个初期的铁电状态。这些结果，而在与早期的理论预测一致，也可以帮助建议通过使用更大的阳离子取代在Y网站在这些氧化物中的一个更稳定的铁电态的途径。
2018-05-25 cond-mat.mtrl-sci
Above Room Temperature Ferroelectricity in Epitaxially Strained KTaO3
Cornell University（康奈尔大学）；Pennsylvania State University（宾夕法尼亚州立大学）；Williams College（威廉姆斯学院）
通过应变将KTaO3转化为具有室温以上铁电性的四方极性相，展示了其本征铁电态的稳健性。
2026-01-22 cond-mat.mtrl-sci
Achieving ferroelectricity in a centrosymmetric high-performance semiconductor by strain engineering
在二维半导体中通过应变进行的相位工程对于各种应用都是非常重要的。在这里，我们提出了一个应变诱导铁电（FE）转变的硒氧化铋（Bi $_2$ O $_2$ Se）薄膜，下一代电子学的高性能（HP）半导体的研究。Bi $_2$ O $_2$ Se在环境温度下为非FE。当加载力为$\gtrsim 400$ nN时，压电力响应在幅值和180 $^\textrm{o}$相位切换上呈现蝶形环。通过仔细排除外在因素，这些功能是由于过渡到FE阶段。单轴应变下光学二次谐波产生的尖锐峰的出现进一步证明了这种转变。从根本上说，固体与顺电在环境和FE下的应变是稀缺的。借助第一性原理计算和理论模拟讨论了FE转变。FE极化的切换充当接触处的肖特基势垒工程的旋钮，并且用作具有10 $^6$的巨大切换比的忆阻器的基础。我们的工作赋予了一个新的自由度的HP电子/光电子半导体和FE和HP磁阻的集成铺平了道路，多个令人兴奋的功能，包括HP神经形态计算和散装piezophotovoltaic。
2023-03-06 cond-mat.mtrl-sci
Hybrid improper ferroelectricity in a Multiferroic and Magnetoelectric hybrid organic-inorganic perosvkite
人们对杂化有机-无机材料如金属-有机框架（M0 F）有很大的兴趣。化合物[C（NH $_{2}$）$_{3}$ ]M（HCOO）$_{3}$，其中M=Cu $^{2+}$或Cr $^{2+}$是Jahn-Teller（JT）活性离子，是具有钙钛矿拓扑结构的MOF，其在极性空间群Pna 2 $_{1}$中结晶。在无机化合物中，八面体倾斜和Jahn-Teller结构畸变通常是非极性畸变。然而，在此MOF的框架和C（NH 2）$_{3}$有机阳离子通过氢键的反铁电畸变的扭曲之间的合作相互作用打破了反转对称性，并诱导铁电极化。（Angew。我们的从头算研究支持轨道有序诱导的铁电性的图像，这是由电子自由度引起的偶极有序的罕见示例。极化方向的转变意味着弱铁磁分量的反转。具有ABX $_{3}$钙钛矿结构的这种基于JT的MOF中的微观机制显示出混合不适当铁电（HIF）状态，其由不同结构变形之间的三线性耦合引起，所述结构变形包括BX $_{3}$框架和A位点处的有机阳离子两者的倾斜、旋转和Jahn-Teller畸变。由于钙钛矿-无机化合物中的这些畸变模式通常在升高的温度下冻结，因此MOF化合物中的三线性耦合可以提供一种有趣的高温多铁性途径。这些结果提供了一个重要的出发点，为定制多铁性在这类新兴的材料，为各种技术应用。特别地，最近已经显示出借助于有机A阳离子的改性的铁电极化的高可调谐性[J. Am.…
2014-03-26 cond-mat.mtrl-sci
First-principles study of ferroelectricity induced by p-d hybridization in ferrimagnetic NiFe2O4
采用广义梯度近似+ Hubbard $U$方法研究了具有四重$P4_122$ ~对称性的NiFe $_2$ O $_4$体材料的亚铁磁性和铁电性.特别注意寻找对磁有序性最有利的构型，并进一步计算可靠的自发电极化的强度。在最稳定构型的优化晶体结构下，获得了沿z方向的自发极化率为23 $μ$ C/cm $^2$，这是由于Fe $^{3+}$阳离子的3d态与氧的2 p态之间的Jahn-Teller效应引起的杂化所致.
2016-03-31 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
Metastable ferroelectricity in optically strained $SrTiO_3$
固体中的波动有序通常被认为是对称性破缺相的高温前兆。然而，在某些情况下，这些波动持续到零温度，并防止出现长程序，例如在量子自旋和偶极液体中观察到的。$SrTiO_3$是一种量子顺电体，当材料冷却时，偶极波动会增长，尽管长程铁电秩序永远不会出现。我们表明，晶格振动的非线性激发与中红外光脉冲可以诱导极性顺序在$SrTiO_3$超过290 K的温度。这种亚稳相，持续数小时后，光泵被中断，是证明了一个大的二阶光学非线性的外观是不存在的平衡。硬化的低频模式表明，极性顺序可能与光致铁电相变。光致极性域的空间分布表明，一种新型的光-挠曲电耦合触发这种效应。
2018-12-26 cond-mat.mtrl-sci
Free carrier induced ferroelectricity in layered perovskites
用载流子掺杂铁电体通常不利于极化。这使得设计和发现经历类似铁电转变的金属具有挑战性。在这封信中，我们从第一原理表明，钙钛矿中的氧八面体旋转通常通过电子掺杂来增强，这可以作为一种手段来加强某些混合不适当铁电体中的结构极化-其中极化不稳定的化合物的长程库仑相互作用，而是通过三线性耦合引起的八面体旋转。我们使用这种设计策略来预测阳离子有序Ruddlesden-Popper化合物，可以通过电解质门控驱动到金属铁电相。
2021-05-19 cond-mat.mtrl-sci
Temperature dependent ferroelectricity in strained KTaO3 with machine learned force field
本研究结合密度泛函理论与即时机器学习力场辅助的随机自洽谐近似，探究0%-1%面内单轴/双轴应变对本征KTaO₃铁电性的影响，获得了300K内的铁电极化，为应变工程铁电材料研究提供指导。
2025-10-30 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
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
Effect of Biaxial Strain on Cation Octahedral Rotations and Magnetic Structure of the Antiperovskite Mn$_{3}$GaN
该研究利用密度泛函理论计算 -5% 至 5% 双轴应变下 Mn$_{3}$GaN 的磁结构与电子响应，揭示其通过键长和 Mn d 态电荷重排而非八面体倾转适应应变。
2025-01-11 cond-mat.mtrl-sci
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
Enhanced Born Charge and Proximity to Ferroelectricity in Thallium Halides
电子结构和晶格动力学计算表明，这些化合物中的玻恩有效电荷是标称离子电荷的两倍以上。这是Tl-p态和卤素-p态之间的交叉带隙杂化的结果。大的玻恩电荷导致纵向和横向光学声子模式之间的巨大分裂，使晶格接近铁电不稳定性。我们的计算确实显示了自发的晶格极化后，晶格膨胀开始于2%。值得注意的是，具有简单立方CsCl结构和阳离子和阴离子之间电负性差异很大的离子卤化铊可以非常接近铁电性。这可以导致缺陷和杂质的有效屏蔽，否则这些缺陷和杂质将是强载流子陷阱，因此可以有助于TlBr辐射检测器中相对良好的载流子传输特性。
2010-01-29 cond-mat.mtrl-sci
Incipient ferroelectricity: A route towards bulk-terminated SrTiO3
过氧化氢氧化物由于其在许多应用中的广泛潜力而引起越来越多的关注。然而，理解它们的表面是具有挑战性的，因为本体的三元组成允许多个稳定的表面终止。我们展示了一个简单的程序，用于制备体终止（001）表面的钛酸锶，一个典型的立方钙钛矿。控制应变施加在SrTiO 3单晶上导致具有SrO和TiO 2的微米尺寸域的平坦解理。这两个终端的分布是由在解理过程中的应变诱导的铁电畴。原子分辨扫描隧道显微镜/原子力显微镜（STM/AFM）测量揭示了在（14 +-2）%的明确定义的浓度中存在点缺陷; Sr空位在SrO终止处形成，并且互补的Sr吸附原子出现在TiO 2终止处。这些本征缺陷由铁电性、表面极性和表面电荷之间的相互作用引起。
2018-07-24 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
Why Are There So Few Perovskite Ferroelectrics?
我们使用的对称性参数和第一性原理计算的组合来探索钙钛矿系列材料的结构扭曲和铁电性之间的联系。我们解释了八面体旋转在抑制这些材料中的铁电性的作用，并表明，随着容差因子的降低，旋转本身不能完全抑制铁电性。我们的研究结果表明，这是阳离子位移（'隐藏'在格雷泽符号），伴随着旋转，而不是旋转本身，在这些情况下，在抑制铁电性发挥决定性作用。我们使用我们在这个问题的分析中获得的知识来解释铁电性的起源在$R3c$材料，如FeTiO $_3$和ZnSnO $_3$，并建议新的钙钛矿铁电体的设计和合成策略。我们的研究结果不仅对钙钛矿的基本晶体化学，而且对发现新的功能材料具有重要意义。
2013-07-30 cond-mat.mtrl-sci
Enhanced magnetization of ultrathin NiFe$_2$O$_4$ films on SrTiO$_3$(001) related to cation disorder and anomalous strain
采用反应分子束外延技术在SrTiO $_3$（001）衬底上生长了不同厚度的NiFe $_2$ O $_4$薄膜。软X射线和硬X射线光电子能谱学测量揭示了一个均匀的阳离子分布在整个膜与化学计量的Ni：Fe的比例为1：2的膜厚度的独立。低能电子衍射和高分辨率（掠入射）的X射线衍射除了X射线反射率实验进行，以获得信息的薄膜表面和体结构，分别。对于高达7.3 nm的NiFe薄膜，观察到横向拉伸和垂直压缩应变，矛盾的适配在界面处的NiFe $_2$ O $_4$膜和衬底晶格。所施加的应变是伴随着增加的横向缺陷密度，这是衰减松弛的较厚的膜，并归因于横向晶粒的生长。通过对位置敏感衍射峰的分析，确定了反尖晶石结构中的阳离子位置占据率，揭示了薄的、应变的NiFe $_2$ O $_4$膜的低四面体占据率，导致部分存在缺乏的岩盐样结构。这些结构被认为是负责的增强的磁化强度高达$\sim$ 250\%的NiFe $_2$ O $_4$体磁化强度的超导量子干涉装置磁强计观察到的厚度低于7.3 nm的NiFe薄膜。
2020-03-25 cond-mat.mtrl-sci
Effects of Growth Orientations and Epitaxial Strains on Phase Stability of HfO$_2$ Thin Films
铁电性在纯的和掺杂的$_2$基薄膜中的发现重新激发了将铁电体用于纳米器件应用的兴趣。为了利用这种硅兼容的铁电体，铁电性的起源和更好的方法来控制实现在纳米级的铁电性的基本问题，如需要解决。$_2$基薄膜中出现的强极化被认为是各种外在因素的累积效应，如小晶粒的有限尺寸效应和表面/界面效应、压应力、掺杂剂、氧空位和电场。在HfO $_2$中，相变的动力学效应及其对纳米尺度铁电性出现的潜在影响还没有很好的理解。本工作利用密度泛函理论和变胞轻推弹性带技术，构建了不同晶型的纳米材料之间的跃迁路径。我们发现，过渡势垒强烈地依赖于机械边界条件，从四方相到极性正交相的过渡是一个快速的动力学过程下夹紧。研究了生长取向和外延应变对HfO $_2$各相相对稳定性的影响。两个正交相，极性$Pca2_1$和非极性$Pbca$，在（111）取向的薄膜中在宽范围的外延应变条件下变得结晶稳定。这项工作提出了一个潜在的途径，以更好地稳定铁电相的HfO $_2$薄膜，通过衬底取向工程。
2019-05-11 cond-mat.mtrl-sci
Trilinear coupling driven ferroelectricity in HfO$_2$
铁电性通常被认为是铁电体的突破性发现，可能会彻底改变整个领域。尽管越来越多的兴趣，一个全面的了解驱动铁电稳定的许多因素仍然缺乏。在这里，我们解决的相变的朗道理论为基础的方法，通过分析连接的高对称性顺电四方相的低对称性极性正交相的磁致伸缩允许的扭曲。通过第一性原理模拟，我们发现$Γ_{3-}$极性模是弱不稳定的，而另外两个非极性Y $_{2+}$和反极性Y $_{4-}$是硬模.没有一种模式，单独或与另一种模式组合，能够驱动转变：稳定极性相的关键因素被确定为三种模式之间的强三线性耦合。此外，实验公认的重要性，在HfO $_2$铁电薄膜的生长中的衬底诱导效应，以及缺乏一个明确的序参量的过渡，建议我们的分析扩展到应变效应。我们的研究结果表明，Y $_{2+}$模式的复杂行为，在一定的应变条件下变得不稳定和整体不稳定的行为为$Γ_{3-}$极性模式的所有应变状态。一个强大的结果出现从我们的分析：独立于不同的施加应变（压缩或拉伸，沿正交轴施加），需要同时激发的三个耦合模式保持不变。最后，当施加到模拟实验生长条件下的应变，我们的分析表明，铁电相的进一步稳定相对于未应变的情况下，与实验结果一致。
2021-03-23 cond-mat.mtrl-sci
Octahedral rotation patterns in strained EuFeO3 and other Pbnm perovskite films: Implications for hybrid improper ferroelectricity
我们报道了在Pbnm型钙钛矿薄膜中外延应变与同相旋转轴的晶体学取向和A位位移之间的关系。在立方或菱面体衬底上的EuFeO 3薄膜在2%压缩到0.9%拉伸的应变状态下的同步辐射衍射测量表现出a-a+c-和a+a-c-旋转模式的组合。我们比较EuFeO 3的行为与以前报道的实验和理论工作的应变Pbnm型薄膜上的非正交衬底，以及额外的测量从LaGaO 3，LaFeO 3，和Eu0.7Sr0.3MnO3薄膜SrTiO 3。从不同的材料系统编译的结果揭示了一个一般的应变依赖性，其中压缩应变强烈有利于a-a+c-和a+a-c-旋转模式和拉伸应变弱有利于a-a-c+结构。相比之下，EuFeO 3膜生长在Pbnm型GdScO 3下2.3%的拉伸应变采取从基板上压印的均匀的a-a+c-旋转图案，尽管应变能的考虑，有利于a-a-c+图案。这些结果表明，使用基板压印作为一个更强大的路线比应变调整晶体取向的八面体旋转和A-网站的位移需要实现旋转诱导的混合不适当的铁电性氧化物异质结构。
2016-06-10 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Ferroelectricity in $\mathrm{HfO_2}$ from a chemical perspective
针对$\u200b\mathrm{HfO_2}$基薄膜铁电性起源的软模理论解释难题，本研究从化学角度提出7配位阳离子是核心，分析了翻转路径与相转变机制，为理解相关铁电行为提供了新视角。
2022-01-01 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
Strain-Driven Structure-Ferroelectricity Relationship in hexagonal TbMnO$_3$ Films
六方锰氧化物薄膜及其异质结构作为一种有前途的多铁性材料，近年来引起了人们的极大兴趣。我们报道了高质量外延h-TMO/YSZ（111）薄膜的结构转变，通过各种表征技术进行了分析。用变温拉曼光谱和光学椭圆偏振光谱观察到了在TC~800 K温度范围内P63 mc到P63 mcm结构的相变。后者直接探测电子系统，表明其在结构相变的修改可能是由于从氧到Mn的电荷转移。透射电子显微镜（TEM）原位观察表明，在410 K时，铁电畴已经发生了不可逆的P63 mc-P63 mcm相变，铁电畴消失。在温度循环（300 K-1300 K-300 K）后，室温TEM显示h-TMO薄膜的微结构不均匀，包含分别具有P63 mc和P63 mcm结构的铁电和顺电纳米畴。我们指出了强烈的影响应力松弛，诱导温度和约束样品的几何形状上的结构和铁电性的应变稳定的h-TMO薄膜。
2020-06-02 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Quantifying the coupling between strain and cation valence in high entropy oxide thin films using electron microscopy
The Pennsylvania State University（宾夕法尼亚州立大学）；Oak Ridge National Laboratory（橡树岭国家实验室）；AtomQ
本研究通过先进的S/TEM技术，探讨了基底温度对高熵氧化物薄膜中应变和结构的影响，揭示了相同组成下应变变化与Co价态之间的关系，为通过应变和价态控制优化功能性质提供了框架。
2026-05-20 cond-mat.mtrl-sci
Octahedral tilting induced ferroelectricity in the ASnO${_3}$/BSnO${_3}$ superlattice
用密度泛函理论预测了AsnO 3（A = Ca，Sr，Ba）母体化合物和双色AsnO 3/BSnO 3（A，B = Ca，Sr，Ba）超晶格的八面体倾斜效应。在AsnO 3母体化合物中，作为A-位点阳离子尺寸的函数的结构相变与两个八面体倾斜模式（a-a-c 0倾斜和a0 a0 c+倾斜）的大小相关。定量分析了超晶格中八面体倾斜模的大小，发现其大小与组成母体材料的大小有关。AsnO 3/BSnO 3超晶格表现出混杂的反常铁电性，这是由于两种八面体倾斜模式（a-a-c 0倾斜和a0 a0 c+倾斜）的耦合，这也是导致结构从四方相到正交相的相变的原因。A位镜像对称破缺引起的铁电性是双色超晶格中正交相变的次序参量，与Γ5对称模有关。用群论和对称模分析方法研究了双色超晶格AsnO 3/BSnO 3中倾斜模与铁电模的耦合。
2013-05-15 cond-mat.mtrl-sci
Origin of ferroelectricity in the multiferroic barium fluorides BaMF4
我们提出了第一性原理研究的一系列多铁性氟化钡的组成BaMF 4，其中M是Mn，Fe，Co，或Ni。我们讨论的结构，电子和磁性的趋势，我们表明，在这些系统中的铁电性的结果从“冻结”的一个单一的不稳定的极性声子模式。与标准钙钛矿铁电体的情况相反，这种结构畸变不伴随阳离子和阴离子之间的电荷转移。因此，在多铁性氟化钡中的铁电不稳定性仅仅是由于尺寸效应和底层晶体结构的特殊几何约束而产生的。
2006-05-01 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Coupling of Magnetic Order, Ferroelectricity, and Lattice Strain in Multiferroic Rare Earth Manganites
多铁性稀土锰氧化物由于同时存在不同类型的磁性和铁电性有序而引起人们的关注，并产生了复杂的相图和丰富的物理现象。在几种化合物中观察到的不同顺序和大磁电效应的耦合和相互干扰具有根本的兴趣，并具有未来应用的潜力，其中介电（磁）性质可以通过磁（介电）转变的发生或磁（电）场的应用进行修改。磁电效应的物理机制和铁电有序在磁转变的起源还有待探索。我们讨论了多铁性现象的六方HoMnO 3和强磁-介电耦合是密切相关的晶格应变引起的异常大的自旋-声子相关。
2005-08-18 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
