Nanoscale Engineering of Wurtzite Ferroelectrics: Unveiling Phase Transition and Ferroelectric Switching in ScAlN Nanowires
该研究首次系统考察全 Sc 组成范围的 ScAlN 纳米线相变，发现界面可稳定高 Sc 含量的有序纤锌矿相，并首次证实其铁电开关。
2024-08-05 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Nanosize confinement induced enhancement of spontaneous polarization in a ferroelectric nanowire
通过第一性原理计算，我们从理论上证明了铁电纳米线的自发极化可以由于纳米尺寸的限制而得到显著的增强。在直径为1.8 nm的完全弛豫的PbTiO 3 NW中，沿丝方向的自发极化是体相对应物的1.26倍。NW表面曲率引起的张力抵消了近表面的去极化效应，同时导致自发极化的异常增强。这些发现表明，FE纳米线可以在纳米器件的应用前景。
2010-05-17 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Supra-Binary Ferroelectricity in a Nanowire
本研究预测并观察了纳米线中的超二元铁电性，通过半圆柱栅极实现四极化相转变，并提出并行多位信息操作的新机制。
2019-12-30 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Domain Morphology, Electrocaloric Response, and Negative Capacitance States of Ferroelectric Nanowires Array
Institute of Physics, National Academy of Sciences of Ukraine（乌克兰国家科学院物理研究所）；Taras Shevchenko National University of Kyiv（基辅塔拉斯舍甫琴科国立大学）；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）；Slovenia Jožef Stefan Institute（斯洛文尼亚约瑟夫斯蒂芬研究所）；Frantsevich Institute for Problems in Materials Science, 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）；Zone 5 Technologies（Zone 5科技有限公司）
研究铁电纳米线阵列中域形态、电热响应及负电容状态的稳定性与增强机制。
2025-11-02 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
The Influence of Chemical Strains on the Electrocaloric Response, Polarization Morphology, Tetragonality and Negative Capacitance Effect of Ferroelectric Core-Shell Nanorods and Nanowires
本文用LGD理论和有限元建模研究化学应变对铁电核壳纳米棒极化、电卡响应和畴结构的影响，发现拉伸应变提升性能，压缩应变诱导涡旋畴。
2024-04-08 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
A qualitative test for intrinsic size effect on ferroelectric phase transitions
铁电体中的尺寸效应被视为铁电体样品的几何对称性与其晶体对称性之间的竞争。这种竞争的表现形式是极化旋转，这是由温度和/或尺寸变化驱动，从而提供了一个定性的指示铁电体的内在有限尺寸效应。在一个简单的情况下，PbTiO 3纳米线的轴平行于[111]C方向，其中的尺寸效应被证明包括极化旋转和一个额外的相变的概念。
2010-08-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Synthesis of narrow SnTe nanowires using alloy nanoparticles
拓扑晶体绝缘体碲化锡（SnTe）提供了一个丰富的游乐场来研究相关的电子状态，如铁电性，拓扑表面状态和超导性的相互作用。将SnTe制成纳米线进一步诱导由于一维（1D）限制效应的新的电子态。因此，对于输运测量，SnTe纳米线的直径必须变窄，以确保拓扑表面电子的1D限制和相位相干性。本文报道了一种利用合金纳米颗粒作为生长催化剂，以高产率制备窄SnTe纳米线的简便方法。使用该合金纳米颗粒生长的SnTe纳米线的平均直径为85 nm，与使用金纳米颗粒作为生长催化剂的先前的240 nm的平均直径相比几乎减小了三倍。输运测量揭示了纳米线直径对剩余电阻比和磁阻的影响。特别地，观察到SnTe的铁电转变温度随纳米线直径系统地变化。在原位低温冷却的窄SnTe纳米线的透射电子显微镜直接揭示了立方到菱形结构的转变，这是与铁电转变。因此，这些狭窄的SnTe纳米线代表了一个模型系统，以研究电子状态所产生的一维限制，如一维拓扑超导性以及潜在的多带超导性。
2020-10-16 cond-mat.mtrl-sci
Multidomain switching in the ferroelectric nanodots
控制铁电纳米晶体、纳米线和纳米点中的极化切换具有与自发极化相关联的去极化场的出现相关的固有特异性。该场将有限尺寸的铁电样品分裂成极化域。在这里，基于三维数值模拟，我们研究了形成180 $^{\circ }$极化域的纳米片，单轴铁电材料制成，并表明，除了极化的单畴状态，多畴结构，特别是条纹和圆柱形，可以出现和竞争过程中的开关。这些配置之间的多位切换协议可以通过温度和场变化来实现。
2015-10-03 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Scale effects and the formation of polarization vortices in tetragonal ferroelectrics
由$90^\circ$象限畴组成的涡旋在铁电体中很少被观察到。虽然实验表明极化通量封闭条纹域，但目前还不清楚为什么不常见的纯单涡。在这里，我们的模型和探索的能量与涡旋和条纹域的极化模式，形成的方形截面的钛酸钡纳米线。使用相场模拟，我们计算的相关能量的极化模式作为纳米线宽度的函数。此外，我们证明了平衡极化模式的表面能和电边界条件的影响。对于开路和短路边界条件，绘制了表面能和纳米线宽度的每个组合的最小能量平衡极化图案。结果表明，一个狭窄的范围内的条件下，单涡是积极有利的：纳米线宽度小于约30纳米，开路边界条件，和表面能小于4 N/m。短路边界条件倾向于有利于单畴的形成，而大于4 N/m的表面能可导致复杂畴图案的形成或铁电性的损失。在最近的实验研究中，极化涡旋在能量上有利的长度尺度小于纳米颗粒的典型尺寸。目前的工作提供了深入了解缩放，表面能和电的极化图案的形成上的边界条件的影响。
2017-12-29 cond-mat.mtrl-sci
New multiferroics based on EuxSr1-xTiO3 nanotubes and nanowires
利用Landau-Ginzburg-Devonshire理论研究了EuxSr 1-xTiO 3纳米管和纳米线的结构反铁畸变序参量（氧八面体旋转）、极化和磁化之间的复杂相互作用。计算了EuxSr 1-xTiO 3的体相和纳米相相图，包括反铁磁相、铁电相、铁磁相和反铁磁相。我们的计算结果表明，EuxSr 1-xTiO 3纳米线和纳米管的“三重”反铁磁畸变铁电铁磁相的存在。提出了基础研究的兴趣，并可能对其潜在的应用很重要。由于三相存在于低温（<10 K）下，具有高极化和磁化值（~50 μ C/cm 2和~0.5 MA/m2）。因此，结构扭曲，极化和磁化强度之间的强耦合表明EuxSr 1-xTiO 3纳米系统作为可能的多铁性应用的强有力的候选者。
2012-10-12 cond-mat.mtrl-sci
Pentagonal nanowires from topological crystalline insulators: a platform for intrinsic core-shell nanowires and higher-order topology
International Research Centre MagTop, Institute of Physics, Polish Academy of Sciences（波兰科学院物理研究所磁顶国际研究中心）；Institute for Advanced Study, Shenzhen University（深圳大学高等研究院）；Consiglio Nazionale delle Ricerche (CNR-SPIN), Unitá di Ricerca presso Terzi c/o Universitá “G. D’Annunzio”（意大利国家研究委员会（CNR-SPIN）第泽齐研究单元/阿布鲁佐大学）
本研究通过实验和计算揭示了五边形拓扑晶体绝缘体纳米线的形成机制，展示了其作为高阶拓扑和分数电荷平台的潜力。
2024-05-17 cond-mat.mes-hall 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
Size effects and depolarization field influence on the phase diagrams of cylindrical ferroelectric nanoparticles
不同形状的铁电纳米粒子及其复合材料是现代物理学研究的热点。由于它们在纳米技术的许多领域中的应用，尺寸效应和铁电性在临界颗粒体积下的可能消失吸引了越来越多的科学兴趣。在本文中，我们研究了圆柱形纳米粒子相图的尺寸效应，考虑到有效表面张力和退极化场的影响。采用直接变分法求解欧拉-拉格朗日方程。推导了顺电-铁电转变温度与纳米颗粒尺寸、极化梯度系数、外推长度、有效表面张力和电致伸缩系数的近似解析表达式。结果表明，转变温度可以高于纳米棒和纳米线的散装材料的一个在对比纳米盘，在那里发生的下降。计算了铁电-顺电相变的临界尺寸和临界体积。我们证明了在所有的圆柱形状的纳米棒揭示了最小的临界体积。我们预测了纳米棒和纳米线的铁电性能的增强。所得结果解释了所观察到的纳米棒的铁电性增强，并可能是非常有用的现代纳米复合材料具有完美的极性性能的阐述。
2006-04-08 cond-mat.mtrl-sci
Modiffied Schottky emission to explain thickness dependence and slow depolarization in BaTiO$_3$ nanowires
我们调查的起源，退极化率的吸附物稳定的铁电线。通过应用密度泛函理论计算和解析建模，我们证明了退极化是由于表面吸附物上储存的电荷泄漏所致，这些电荷在极化稳定中起着重要作用。退极化速度随厚度和温度变化，遵循几个复杂的趋势。提出了一个综合考虑量子隧穿、肖特基发射和温度依赖的电子迁移率的物理模型。该模型模拟了实验结果，验证了物理机制。我们还期望这种改进的隧穿-肖特基发射模型可以应用于预测不同厚度和温度的各种铁电材料的极化保留时间和漏电流。
2015-02-13 cond-mat.mtrl-sci
Ferroelectric higher-order topological insulator in two dimensions
铁电性和能带拓扑之间的相互作用可以引起广泛的基础和应用研究。在这里，我们映射出的非平凡角态的出现在二维铁电体，并显着地证明，铁电性和角态耦合在一起，通过晶体对称性，实现电控制的高阶拓扑结构。实施密度泛函理论，我们确定了一系列的实验合成的二维铁电体，如在$_2$硒$_3$，BN双层，和SnS，作为现实的材料候选人建议的铁电高阶拓扑绝缘体。我们的工作不仅为传统的铁电材料提供了新的思路，而且为连接高阶拓扑结构和铁电性开辟了一条途径，为下一代电子器件中的拓扑结构提供了一个非易失性处理。
2022-11-08 cond-mat.mtrl-sci
Electrostatic topology of ferroelectric domains in YMnO$_3$
用压电响应力显微镜在所有三个空间维度上分辨了铁电六方晶系YMnO $_3$的三聚极化畴。它们的拓扑结构由静电效应主导，具有100个单位电池的范围，并反映了自发极化的不寻常静电起源。的域的局部施加的电场的响应解释在转移到一个单域状态的YMnO $_3$的困难。我们的研究结果表明，丰富的非位移机制驱动铁电性，出现在多铁性的研究是一个丰富的来源替代类型的域和域切换现象。
2010-09-09 cond-mat.mtrl-sci
Evolution of the domain topology in a ferroelectric
拓扑材料，包括拓扑绝缘体、具有Skyrmion的磁体和具有拓扑涡旋的铁电体，最近引起了材料科学界的极大关注。六方REMnO 3（RE：稀土）铁电畴的复杂图案原来是与宏观出现的Z2 xZ 3对称性。我们对在表面附近具有自极化倾向的晶体的深度剖析的结果表明，部分位错（即，壁-壁）相互作用，而不是涡旋和反涡旋之间的相互作用，通过Z2对称性的宏观破缺主要负责拓扑凝聚。
2013-04-01 cond-mat.mtrl-sci
Energy storage properties of ferroelectric nanocomposites
本文利用原子级有效哈密顿量方法研究BaTiO₃纳米线嵌入SrTiO₃基体的铁电纳米复合材料储能特性，发现不同极化与涡旋相导致能量密度随温度呈非线性或线性响应，并预测超高能量密度和理想效率。
2023-05-23 cond-mat.mtrl-sci
Polarization Switching Ability Dependent on Multidomain Topology in a Uniaxial Organic Ferroelectric
由电场引起的电极化的强度的切换-铁电体的基本功能-与将具有不同极化方向的区域分开的畴壁的运动密切相关。因此，理解畴壁动力学对于推进铁电应用是至关重要的。在这封信中，我们表明，多畴结构的拓扑结构可以有一个内在的影响程度上的可切换的偏振。使用极化滞后测量和压电响应力显微镜相结合的单轴有机铁电体，α-6，6 '-二甲基-2，2'-联吡啶氯冉酸盐，我们发现，（或尾对尾）带电畴壁被强烈地钉扎并且因此阻碍切换过程;相反，如果带电畴壁被电中性反平行畴壁取代，则实现体极化切换。我们的研究结果表明，对多域拓扑结构的操纵可以潜在地控制可切换的偏振。
2014-01-09 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
Domain Topology and Domain Switching Kinetics in a Hybrid Improper Ferroelectric
带电的极性界面，如带电的铁电畴壁或ZnO/（Zn，Mg）O和LaAlO 3/SrTiO 3的异质结构界面，其上的电极化的强度的法向分量突然改变，可以容纳大的二维导电。带电的铁电壁，这是在一般情况下，能量上不利的，被发现是神秘的丰富的混合不适当的铁电（Ca，Sr）3 Ti 2 O 7晶体。通过对双层钙钛矿中反相边界的研究，我们发现四种极化方向态中的每一种都简并有两个反相畴，这八种结构变体形成了一个具有Z3涡旋和五种不同类型畴壁的Z4 xZ 2畴结构，其拓扑结构与大量带电畴壁的存在直接相关。我们还发现了一个拉链般的性质的反相边界，它们是可逆的创建/湮灭中心的对两种类型的铁电壁（也Z3-涡对）在90度和180度的极化切换。我们的研究结果表明，出乎意料的丰富的混合反常铁电性的性质。
2016-02-29 cond-mat.mtrl-sci
Dynamical control of topology in ferroelectric skyrmions via twisted light
该研究通过第一性原理模拟发现涡旋光可激发驱动铁电超薄膜中的动力学极性斯格明子，实现拓扑数的周期性跃变，揭示了其静电起源，为功能材料中拓扑孤子的操控提供了新途径。
2023-02-02 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Terahertz radiation imaging of ferroelectric domain topology in room-temperature organic supramolecular ferroelectrics
我们提出了一种新的方法来检测铁电畴的内部和表面区域的有机铁电映射出两个正交偏振太赫兹波辐射的晶体后，近红外飞秒激光脉冲的照射。我们使用的偏振依赖性的辐射太赫兹波的有效深度，这源于太赫兹频率区域的光学各向异性。这使我们能够区分铁电畴的内部和表面区域的晶体。我们将此方法应用于室温有机超分子铁电晶体5，5 '-二甲基-2，2'-联吡啶和氘代对碘苯甲酸的1：1盐。在内部区域中识别出覆盖生长态晶体（$\sim$ 600 $μ$ m $\times$ 800 $μ$ m）的几乎所有区域的单畴，而在表面区域中观察到尺寸为$\sim$ 200 $μ$ m的复杂多畴。通过沿2c-b轴（铁电极化方向）施加外部电场，极化切换随着不带电（中性）和准一维180 ° $^\circ$畴壁（DW）沿b轴（$\perp$ 2c-b轴）的连续传播而进行。这导致平行于（100）面的另一个不带电的和二维的180 ° $\circ$ DW的形成，其覆盖晶体的所有区域。我们讨论了目前的太赫兹辐射成像技术和铁电DW动力学的氢键链的各向异性堆叠的有用性。
2014-12-09 cond-mat.mtrl-sci
Polarization Engineering of the Orbital Hall Conductivity in Two-dimensional Ferroelectric Higher-Order Topological Insulator Tl$_2$S and SnS
Shanghai University（上海大学）；Southern University of Science and Technology（南方科技大学）
研究揭示了二维铁电高阶拓扑绝缘体中极化方向对轨道传输行为的影响，通过极化控制实现轨道霍尔电导的调控，展示了极化在调控高阶拓扑和轨道传输中的关键作用。
2026-04-20 cond-mat.mtrl-sci
Spontaneous electric-polarization topology in confined ferroelectric nematics
拓扑自旋和极性纹理吸引了物理学和技术不同领域的人们。然而，在磁性和固态铁电系统的观察是有限的。铁电薄膜是第一种液态铁电材料，它具有多种空间分布的极化场。与传统的磁性或晶体系统相反，各向异性液晶相互作用可以与偏振对应物竞争，从而在理解它们的相互作用和所得拓扑结构方面提出了挑战。在这里，我们发现手性极化meron结构的出现和准2D铁电畴，这是可视化的荧光共聚焦偏光显微镜和二次谐波发生显微镜的增长过程中。这种微米尺度的极化织构是磁meron的修改后的电变体。与仅由弹性驱动的常规液晶纹理不同，偏振场施加了附加的拓扑约束，例如，头到尾的不对称性，在各种以前未识别的极性拓扑模式的系统和结果。手性可以自发地出现在极性织构中，并且可以通过引入手性掺杂剂来额外地偏置。一个扩展的平均场模型的铁电向列相揭示了系统的极化强度起着专门的作用，在确定极化拓扑结构，提供了一个指导，探索不同的极性织构强极化液晶。
2022-11-09 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Ferroelectrically tunable topological phase transition in In$_2$Se$_3$ thin films
该研究通过第一性原理计算揭示In$_2$Se$_3$多层膜中可由层间极化耦合和偶极锁定效应调控的拓扑相变，为可切换拓扑功能器件提供平台。
2024-02-28 cond-mat.mtrl-sci
Bloch-point-mediated topological transformations of magnetic domain walls in cylindrical nanowires
圆柱形纳米线制成的软磁材料，与薄带，可以主机域壁的两个不同的拓扑结构。出乎意料的是，我们的实验证据的动态变换的拓扑室壁运动场阈值以上。微磁模拟突出了基本的岁差动力学的一种方式的转变，涉及成核的布洛赫点奇点，但是，未能再现相反的过程。微磁模拟和实验之间的这种罕见差异在材料和计算机科学中提出了迷人的问题。
2018-07-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Switchable band topology and geometric current in sliding bilayer elemental ferroelectric
本文发现双层铋单层的层间滑动可诱导拓扑平庸态与非平庸态交替相变，并调控Berry曲率偶极子及非线性反常霍尔电流，为拓扑存储应用提供了高能效机械控制平台。
2023-12-04 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Elemental topological ferroelectrics and polar metals of few-layer materials
该研究通过堆叠工程设计褶皱蜂窝晶格的少层元素材料，预测 Bi 可形成元素拓扑铁电体及具非平庸边缘态的极性金属，并揭示 Ge、Sn 等体系的极性金属可能性。
2023-09-26 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
On-demand quantum spin Hall insulators controlled by two-dimensional ferroelectricity
二维原子晶体中铁电有序和拓扑有序的共存使得量子自旋霍尔态具有非易失性和可切换性。在这里，我们提供了一个一般的设计原则，二维双层异质结构，可以主机铁电性和非平凡的能带拓扑结构，同时使用拓扑平凡的积木。由跨异质结构的面外极化产生的内置电场使得能够鲁棒地控制带隙尺寸和带反转强度，这可以用于操纵拓扑相变。利用第一性原理计算，我们证明了一系列双层异质结构是二维铁电拓扑绝缘体（2DFETIs），其特征在于带拓扑和极化状态之间的直接耦合。我们提出了几种基于二维场效应晶体管的量子电子学，包括畴壁量子线路和拓扑忆阻器。
2021-05-02 cond-mat.mtrl-sci
Three-dimensional topological ferroelectrics
Beijing National Laboratory for Condensed Matter Physics, and Institute of Physics, Chinese Academy of Sciences（中国科学院物理研究所，北京凝聚态物理国家实验室）；University of Chinese Academy of Sciences（中国科学院大学）；Condensed Matter Physics Data Center, Chinese Academy of Sciences（中国科学院凝聚态物理数据中心）
本文预测了新的铋单卤化物结构Bi4Br4和Bi4I4，证实其为三维拓扑铁电绝缘体，通过第一性原理计算验证其稳定性，并展示了其在自旋电子器件中的应用潜力。
2026-04-27 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Memristive switching in the surface of a charge-density-wave topological semimetal
研究在拓扑半金属(TaSe4)2I的铁电表面态中实现忆阻开关，构建出开/关比达10^3的原型铁电忆阻器，并揭示铁电性与能带拓扑的耦合。
2024-05-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Ferroelectric Altermagnetic Chern Insulator in magnetic field: electrical control of the Chern number
International Research Centre Magtop, Institute of Physics, Polish Academy of Sciences（波兰科学院物理研究所磁顶国际研究中心）；Department of Physics, University of Guilan（吉兰大学物理系）
通过磁场、自旋倾斜和铁电轨道杂化解除Γ点简并，实现陈数的电场控制，在d波交变磁模型中构建铁电可调陈绝缘体。
2026-08-21 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Polarization Rotation Drives a Spin-Topological Transition in Ferroelectric Bismuth Monolayer
University of Science and Technology Beijing（北京科技大学）
研究铁电铋单层微观开关机制，用第一性原理等方法识别极化旋转路径，其能垒低且驱动自旋拓扑转变，单轴应变可调控，确立极化旋转为开关机制及二维铁电体可编程拓扑的有效途径。
2026-07-14 cond-mat.mtrl-sci
Establishing quasi-linear quadrupole functional topology by oxygen-vacancy engineering at a ferroelectric domain wall
二维金属氧化物结构中的氧空位由于其独特的导电、磁性甚至导电功能而引起人们的广泛关注。铁电畴壁是最近一个突出的例子，因为它们作为拓扑缺陷的中心，使不寻常的对称性和低能量开关技术相关。然而，由于氧原子的轻重量和其空位的局部化效应，氧空位的原子尺度的电学和力学影响仍然难以捉摸。在这里，稳定的个人氧空位被发现和工程原位在晶种钛酸钙钛矿铁电畴壁。结合先进的透射电子显微镜和第一性原理方法的原子尺度的应变，电场，电荷和偶极矩分布，其特征在于这些空缺。3-5在空位的紧邻周围晶胞处观察到%拉伸应变。发现空位周围的偶极距分布是交替的头对头$-$尾对头$-$结构，产生准线性四极拓扑。附近的Ti离子的减少以及增强的充电和电场浓度附近的空缺确认了四极结构，并说明其对电气和结构性能的局部影响。在空位的晶胞中发现了显著的带内态，提出了有意义的畴壁电导率。氧空位工程和可控四极杆，使预先确定的原子尺度和全球功能特性提供了一个有前途的平台，机电拓扑孤子和器件的小型化在金属氧化物。
2021-04-21 cond-mat.mtrl-sci
Two-dimensional Topological Ferroelectric Metal with Giant Shift Current
China Three Gorges University（三峡大学）；Beijing Institute of Technology（北京理工大学）；Huazhong University of Science and Technology（华中科技大学）
研究发现PtBi2单层是二维拓扑铁电金属，具有垂直极化和显著的铁电体光伏效应，通过应变可进一步增强其性能。
2024-10-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Emergence of ferroelectric topological insulator as verified by quantum Hall effect of surface states in (Sn,Pb,In)Te films
本文通过In掺杂调控费米能级的铁电(Sn,Pb)Te薄膜磁输运实验，观测到自旋和能谷简并解除的量子霍尔态，证实铁电拓扑绝缘体存在，为拓扑物理及相关功能特性发展提供支撑。
2024-11-26 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Ferroelectric Chirality-Driven Direction-Tunable and Spin-Invertible Corner States in 2D MOF-Based Magnetic Second-Order Topological Insulators
本文提出通过配体替换在二维MOF中引入铁电手性，首次实现磁性二阶拓扑绝缘体角态在实空间方向可调与自旋空间反转的协同操控。
2025-02-27 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Ferroelectric Switching in ZnO/Zn1-xMgxO Heterostructures: Atomistic Insights into Interfacial Coupling and Layer Architecture
The Pennsylvania State University（宾夕法尼亚州立大学）；Carnegie Mellon University（卡内基梅隆大学）
本研究通过ReaxFF分子动力学模拟，揭示了ZnO/Zn1-xMgxO异质结构中层拓扑和界面机械约束对铁电切换的关键作用，发现ZnO居中结构可在更低电场下切换，为设计纤锌矿铁电异质结构提供了新变量。
2026-09-28 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Toroidal ferroelectricity in PbTiO3 nanoparticles
我们报告从第一性原理为基础的原子模拟，铁电性可以持续在PbTiO 3纳米粒子的尺寸只有几个晶格常数作为一个结果的环形排序。我们发现，尺寸诱导的拓扑变换导致铁电泡的稳定通过沿一个封闭的路径排列的涡核。这些变换，这是由纳米结构的纵横比驱动，改变了极化场的拓扑结构，产生丰富多样的极性配置。对于足够平坦的纳米结构，多气泡状态桥接了0D纳米点和2D超薄膜之间的间隙。铁电泡的热性质表明这种状态适合于纳米器件的开发。
2011-03-02 cond-mat.mtrl-sci
Phase transitions and polarization switching in quasi-one-dimensional organic ferroelectrics of phenyltetrazole family
本文提出赝自旋模型描述苯基四唑族两种晶体的相变、介电特性与极化翻转，揭示了APHTZ在垂直电场下通过亚晶格极化翻转实现90度净极化旋转及铁电态切换，并构建了具Ising型反铁电典型拓扑的温度-电场相图。
2025-11-04 cond-mat.mtrl-sci
Pressure induced switching in ferroelectrics: on the junction between physics and electrochemistry
铁电薄膜中的压力诱导极化切换已经成为用于畴图案化的强有力的方法，允许在自由表面上和薄导电顶部电极下创建预定义的畴图案。然而，铁电体中压力诱导极化开关的机制仍然存在很大争议，挠曲电性，极化旋转和抑制，以及体相和表面电化学过程都可能相关。在这里，我们分类可能的压力引起的开关机制，进行初步估计，并深入研究使用相场建模。我们发现，这些影响的幅度是非常接近的，并引起复杂的开关图的压力和膜厚度的函数与非平凡的拓扑结构或可切换和不可切换的区域。
2017-08-09 cond-mat.mtrl-sci
Pulse-Driven Reconfiguration of Fractional Polar Topology in Zr-Substituted Barium Titanate
Materials Center Leoben Forschung GmbH（莱本材料研究中心有限公司）
研究通过分子动力学模拟探讨了局部电激发是否能重构锆掺杂钡钛酸盐中极性拓扑的分数结构，发现通过超快电激发可实现极性纳米域中分数极性拓扑的局部重构，并作为多态配置自由度。
2026-09-10 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Intertwined Ferroelectricity and Topological State in Two-Dimensional Multilayer
铁电性和能带拓扑的相互交织将使拓扑状态的非易失性控制成为可能，这对于具有低能耗和高响应速度的纳米电体具有重要意义。然而，设计新系统的原理尚不清楚，并且缺乏实现两个参数命令共存的可行方法。本文提出了一种基于第一性原理计算的滑动拓扑多层膜设计二维铁电拓扑绝缘体的通用方法。以三层Bi2Te3为模型系统，研究了在基于van der Waals多层膜的二维拓扑绝缘体中，通过特定的层间滑动可以诱导出面内和面外铁电性，从而实现铁电性和拓扑有序的共存.序参量的强耦合使得拓扑态对极化翻转敏感，实现了拓扑性质的非易失性铁电控制。所揭示的设计准则和铁电拓扑耦合不仅对二维晶格中耦合铁电和拓扑物理的基础研究有用，而且还使纳米器件中的新应用成为可能。
2021-02-15 cond-mat.mtrl-sci
Intertwined topological phases in TaAs2 nanowires with giant magnetoresistance and quantum coherent surface transport
Weizmann Institute of Science（魏茨曼科学研究所）
TaAs2纳米线中交织的拓扑相通过巨磁阻抗和量子相干表面传输揭示了拓扑非平凡输运特性。
2024-11-24 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Creation of independently controllable and long lifetime polar skyrmion textures in ferroelectric-metallic heterostructures
本研究在PbTiO3铁电-金属异质结构中实现了极性斯格明子纹理的拓扑相变，成功通过扫描探针独立控制多种类斯格明子纹理，并发现多重π-扭曲靶斯格明子等具有超两周的拓扑增强稳定性。
2024-09-23 cond-mat.mtrl-sci
Revealing the Three-Dimensional Arrangement of Polar Topology in Nanoparticles
该研究利用原子电子断层扫描在单个原子尺度重构 BaTiO3 纳米颗粒的三维阳离子排列与极化分布，发现尺寸依赖的单涡旋到多涡旋拓扑转变。
2023-12-15 cond-mat.mtrl-sci
Emergence of Transverse Dielectric Response in Ferroelectric Dielectric Heterostructures
本文通过二阶原理模拟发现，包含极性涡旋结构的PbTiO$_{3}$/SrTiO$_{3}$超晶格在施加电场时会产生显著的横向介电响应，该响应可通过电场或外延应变调控甚至反转，为拓扑织构铁电系统中可重构纳米级介电响应的工程化开辟了新途径。
2025-05-28 cond-mat.mtrl-sci
Confinement-driven inverse domain scaling in polycrystalline ErMnO3
对铁电材料中拓扑现象的研究彻底改变了我们对极序的理解。有趣的例子是极性skyrmions，涡旋/反涡旋结构和铁电不可逆性，这促进了从电场可控手性到负电容效应的新兴物理特性。在这里，我们研究的影响，拓扑保护的涡旋上的域形成不适当的铁电ErMnO 3多晶，表现出反转域缩放行为相比，经典的铁电体。我们观察到，随着晶粒尺寸的增加，形成更小的域，这与拓扑涡旋与局部应变场的相互作用有关。畴标度行为的反转具有深远的影响，为基于拓扑的畴工程和铁电体的机电和介电性能的调谐提供了全新的机会。
2022-04-17 cond-mat.mtrl-sci
Quantum confinement of the Dirac surface states in topological-insulator nanowires
三维（3D）拓扑绝缘体（TI）的非平凡拓扑决定了无隙狄拉克表面态的出现。有趣的是，当将3D TI制成纳米线时，由于量子限制，在狄拉克点处打开了一个间隙，导致了奇特的狄拉克子能带结构。该间隙可用于，例如，基于TI的未来马约拉纳量子比特。此外，这些狄拉克子带可以由磁通量操纵，并且是产生稳定的马约拉纳零模（MZM）的理想平台，其在拓扑量子计算中起关键作用。然而，到目前为止，还没有直接的证据，在TI纳米线的狄拉克子带。在这里，我们表明，通过生长非常薄（$\sim$ 40 nm直径）的体绝缘拓扑绝缘体（Bi $_{1-x}$ Sb $_x$）$_2$ Te $_3$的纳米线，并通过调整其化学势的狄拉克点与门控，可以明确地识别狄拉克子能带结构。具体而言，栅极可调四端器件上测得的电阻被发现呈现非等距峰作为栅极电压的函数，我们理论上证明这是量子限制狄拉克表面态的独特签名。这些TI纳米线开辟了解决拓扑介观物理学的道路，并最终通过$s$波超导体接近时的马约拉纳物理学。
2019-10-17 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Origin and Reduction of Coercive Fields in ZnO-based Wurtzite Ferroelectrics
Bredesen Center for Interdisciplinary Research, University of Tennessee（田纳西大学布雷德森跨学科研究中心）；Center for Nanophase Materials Sciences, Oak Ridge National Laboratory（橡树岭国家实验室纳米材料科学中心）；Department of Mechanical Engineering, The Pennsylvania State University（宾夕法尼亚州立大学机械工程系）；Department of Materials Science and Engineering, The Pennsylvania State University（宾夕法尼亚州立大学材料科学与工程系）
本研究通过反应分子动力学揭示ZnO基纤锌矿铁电体矫顽场由反演畴界丝状头部未屏蔽局域极化序控制，电荷掺杂比应变更有效，组合可降E_c约50%，并借层状结构缩短传播路径。
2026-09-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Strain Induced Ferroelectric Topological Insulator
固体表面上不相容的性质的同时存在，往往为解决具有基本和实际重要性的问题提供了一个独特的机会。铁电有序和拓扑有序的共存就是这样一个例子。铁电体具有通过施加的电场可切换的自发宏观极化，通常是具有良好开发的宽带隙的半导体，只有少数例外。另一方面，时间反演对称的$Z_2$拓扑绝缘体（TI），其特征在于由本体的拓扑结构保护的稳健的金属表面状态，通常是窄隙半导体（$< 0.7$ eV），其允许由自旋-轨道相互作用诱导的带反转。铁电拓扑绝缘体（FETI）的结构与拓扑序的性质相互矛盾，至今仍是一个谜。在这里，我们报告的FET I可以实现在卤化物钙钛矿CsPbI $_3$应变。我们的第一性原理研究表明，一个非中心对称的铁电结构的CsPbI $_3$是积极的青睐下，在很宽的压力范围内，同时保持其拓扑秩序。所提出的场效应晶体管的特征在于可切换的极性表面与自旋动量锁定狄拉克锥，这使得电场控制的拓扑表面状态（TSS）和表面自旋电流。我们在一个可行的材料中的场效应晶体管的演示打开了大门，为未来的研究结合铁电和拓扑秩序，并提供了一个新的范例，在电子学，自旋电子学和量子信息的各种应用。
2015-08-23 cond-mat.mtrl-sci
Ferroelectric polarization controlled orbital Hall conductivity in a higher-order topological insulator: \textit{d1T}-phase monolayer MoS$_2$
Shanghai University（上海大学）
研究探讨了单层d1T相MoS₂作为高阶拓扑绝缘体的特性，揭示了铁电极化对轨道霍尔电导的调控作用，为可调轨道霍尔效应提供了理论和材料基础。
2026-05-18 cond-mat.mtrl-sci
Emergence of Chiral Dynamical Multiferroicity in a Ferroelectric Lattice Nonadiabatically Driven by Ultrafast Achiral Electric Fields
University of Science and Technology of China（中国科学技术大学）
本研究证明超快非手性电脉冲可在BaTiO$_3$莫尔铁电晶格中通过非绝热偶极响应产生手性动力学多铁性，确立偶极子质量为可调控自由度，为纯电超快磁控制开辟新途径。
2026-09-24 cond-mat.mtrl-sci
