Amplitude Contrast Imaging in High-Resolution Transmission Electron Microscopy of Ferroelectric Superlattice Film
迄今为止，高分辨率电子显微镜在很大程度上依赖于使用出射表面处的出射波函数的相位来形成高分辨率电子显微镜图像。我们首次使用色差校正来实现一种新的成像模式，以实现高分辨率电子显微镜中的振幅衬度成像，使我们能够获得直接可解释的高分辨率电子显微镜图像，区分轻和重原子柱。使用这种成像方法，我们已经成功地可视化的原子结构在BaTiO 3/CaTiO 3超晶格与高空间精度和歧视之间的Ba和Ca列，提供直接可视化的Ca和Ba相关的氧八面体倾斜，控制铁电行为在这些超晶格结构。此外，这种方法提供了新的机会来解开各种材料的结构，特别是基于特定结构排列的具有奇异行为的复杂氧化物。
2014-08-31 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
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
Enhancing piezoelectricity through polarization-strain coupling in ferroelectric superlattices
用密度泛函理论研究了BaTiO 3（BTO）/PbTiO 3（PTO）短周期铁电/铁电超晶格。与顺电/铁电超晶格的趋势相反，PTO浓度低于50%时，极化几乎保持恒定。此外，观察到c/a比显著降低至PTO值以下。使用超晶格有效哈密顿量，我们预测的d33压电系数峰值在约75%PTO浓度由于PTO和BTO层中的不同的极化应变耦合的增强。进一步的分析表明，这些趋势是本体性质，其是由BTO层中的极化饱和引起的降低的$P$的结果。
2009-01-09 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
Skyrmion Crystal and Phase Transition in Magneto-Ferroelectric Superlattices: Dzyaloshinskii-Moriya Interaction in a Frustrated $J_1-J_2$ Model
研究了超晶格中铁电层与磁性层界面处的Dzyaloshinskiii-Moriya（DM）相互作用对Skyrmion晶体的形成及其相变的影响.在磁性和铁电薄膜中引入了阻挫。薄膜具有简单的立方晶格结构。磁性层内的自旋是海森堡自旋，它们通过最近邻（NN）交换$J^m$和次最近邻（NNN）交换$J^{2m}$相互作用。假设铁电层中的极化是具有NN和NNN相互作用$J^f$和$J^{2f}$的伊辛型。在磁电界面处，假设自旋和极化之间存在DM相互作用$J^{mf}$。用最速下降法计算了基态自旋组态。在外加磁场$\mathbf H$垂直于层，我们表明，形成的skyrmions在磁电界面强烈增强所带来的挫折的NNN反铁磁相互作用$J^{2m}$和$J^{2f}$。通过蒙特卡罗模拟得到了有限温度下的各种物理量。我们显示的临界温度，磁性和铁电层的顺序参数作为界面DM耦合，所施加的磁场和$J^{2m}$和$J^{2f}$的函数。详细研究了向无序相的相变。保留字：kyrmions;相变;挫折感;超晶格;磁铁电耦合; Dzyaloshinskiii-Moriya相互作用; $J_1-J_2$模型;蒙特卡罗模拟
2019-12-27 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
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
Piezoelectricity in the dielectric component of nanoscale dielectric/ferroelectric superlattices
复合氧化物超晶格的功能性质的起源可以使用时间分辨同步加速器X射线衍射来解决，以从组成重复单元的组分层的贡献。CaTiO 3/BaTiO 3超晶格的CaTiO 3层对施加的电场具有压电响应，这与整个超晶格的大的连续极化一致。在大的应变，54 pm/V的整体压电系数，同意与第一原理的预测，其中的钛酸锶基板上施加的超晶格的tetrahetron对称性。
2010-05-09 cond-mat.mtrl-sci
Phase transition properties of a finite ferroelectric superlattice from the transverse Ising model
考虑一个有限铁电超晶格，其中基本晶胞由l个A型原子层和n个B型原子层组成。基于横向伊辛模型，我们研究了铁电超晶格的相变性质。用转移矩阵法导出了超晶格居里温度的计算公式。给出了居里温度随超晶格厚度和交换常数变化的数值结果。
1999-12-01 cond-mat.dis-nn 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
Domain enhanced interlayer coupling in ferroelectric/paraelectric superlattices
研究了纳米厚度的铁电层和顺电层交替形成的周期性超晶格中的铁电相变和畴的形成。我们发现在不同的FE层中形成的极化域可以通过PE层相互作用。通过将静电方程与通过最小化Ginzburg-Landau泛函得到的静电方程相耦合，我们计算了铁电相变的临界温度Tc随FE/PE超晶格波长的变化，并定量地解释了最近实验观察到的KTaO 3/KNbO 3应变层超晶格铁电相变温度随厚度的变化。
2005-02-03 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
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
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
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
Ferroelectric control of the giant Rashba spin orbit coupling in GeTe(111)/InP(111) superlattice
GeTe由于其巨大的体Rashba自旋轨道耦合（SOC）而赢得了新的研究兴趣，并成为新的多功能材料之父，即，铁电Rashba半导体本文采用第一性原理计算研究了铁电半导体超晶格GeTe（111）/InP（111）界面上的Rashba SOC。揭示了界面电场和铁电场对Rashba SOC的贡献。一个大的调制Rashba SOC和反转的自旋极化是通过切换铁电极化。GeTe（111）/InP（111）超晶格的研究对于铁电Rashba半导体在自旋场效应晶体管中的应用具有重要意义。
2017-06-26 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
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
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
Piezoelectric properties of ferroelectric perovskite superlattices with polar discontinuity
利用密度泛函理论，从第一性原理出发，研究了17种极性不连续的短周期铁电钙钛矿超晶格中高对称性$P4mm$极性相的稳定性.结果表明，在大多数超晶格中，该相表现出铁电不稳定性或反铁电畸变不稳定性，或两者兼而有之。对于每个超晶格，基态结构，可能的亚稳相的结构，自发极化，和压电性能进行了计算。比较了具有极性间断的超晶格、对称性破缺的超晶格和没有极性间断的普通超晶格的性质。结果表明，某些极性不连续超晶格的高压电系数（可达150- 270 pC/N）是由于在外加应变的影响下出现了强的晶格畸变，这种畸变的对称性遵循基态结构的低极性声子模的对称性。
2020-12-16 cond-mat.mes-hall 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
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
Magnetoelectric Coupling and Electric Control of Magnetization in Ferromagnet-Ferroelectric-Metal Superlattices
铁磁体-铁电体-金属超晶格是实现大室温磁电效应的理想材料。自旋相关的电子屏蔽是微观水平上的基本机制。我们还预测在这种结构中的磁化的电控制。在我们的三组分结构中自然破缺的反转对称性引入了$P M^2$的磁电耦合能。这种磁电耦合效应在铁磁-铁电异质结构中是普遍存在的，与特定的化学或物理键合无关，并将在多铁性领域发挥重要作用。
2009-10-06 cond-mat.mes-hall 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
Stabilization of highly polar BiFeO$_3$-like structure: a new interface design route for enhanced ferroelectricity in artificial perovskite superlattices
在ABO 3钙钛矿中，氧八面体旋转是常见的结构扭曲，可以促进具有R3 c结构的BiFeO 3中的大铁电性[1]，但抑制具有Pbnm对称性的CaTiO 3中的铁电性[2]。对于许多类CaTiO 3钙钛矿，BiFeO 3结构是亚稳相。在这里，我们报告的高极性BiFeO 3-类相的钛酸钡在SrTiO 3衬底上生长的BaTiO 3/CaTiO 3超晶格的稳定。的稳定是通过重建的氧八面体的旋转在界面处的非极性散装CaTiO 3的图案的BiFeO 3相的特征是一个不同的模式。通过结合振幅对比度次0.1nm高分辨率透射电子显微镜和第一性原理理论的结构，能量学和极化的超晶格及其组成部分的重建解释。我们进一步预测了一些新的人工铁电材料，证明非极性钙钛矿可以通过这种界面机制变成铁电体。因此，大量具有CaTiO 3结构类型的钙钛矿，包括许多磁性代表，现在是新型高极性多铁性材料的良好候选者[3]。
2016-02-16 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
Theory of hypothetical ferroelectric superlattices incorporating head-to-head and tail-to-tail 180$^\circ$ domain walls
虽然电兼容性约束通常防止头对头（HH）和尾对尾（TT）域壁形成铁电材料，我们建议，这样的域壁可以稳定的原子层中的阳离子取代从相邻的周期表列的有意增长。特别是，我们进行预测的第一性原理计算的超晶格中，Sc，Nb，或其他替代层定期插入到PbTiO $_3$。我们确认，这引起了一个域结构的极化交替域到域的纵向分量，并与替代层作为HH和TT域壁。我们还发现，一个实质性的横向分量的偏振也可以存在。
2005-12-07 cond-mat.mtrl-sci
Guidelines for the optimization of hafnia-based ferroelectrics through superlattice engineering
University of Groningen（格罗宁根大学）；Luxembourg Institute for Science and Technology (LIST)（卢森堡科学与技术研究所）；University of Twente（特温特大学）；University of Luxembourg（卢森堡大学）
本文通过超晶格工程设计氧化锆掺杂氧化铪与纯氧化锆层交替的超晶格，提升剩磁极化强度，实现高循环稳定性与可持续应用。
2025-07-07 cond-mat.mtrl-sci
The interplay of ferroelectricity and magneto-transport in non-magnetic moiré superlattices
本工作在石墨烯/六方氮化硼莫尔超晶格中发现了界面铁电性及其磁场增强效应，并揭示铁电极化对量子输运的调制作用，为二维存储与逻辑应用提供新途径。
2025-07-01 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Ferroelectricity driven magnetism at domain walls in LaAlO$_3$/PbTiO$_3$ superlattices
除了在某些多铁性材料中，电荷偶极矩和自旋矩很少在单相体材料中共存。尽管在过去的十年里取得了很大的进展，但大多数多铁性材料的磁电性能仍然很差，这是由于电荷偶极子和自旋矩之间的内在排斥。作为一种替代方法，氧化物异质结构可以避开块体材料的本征限制，并提供更有吸引力的潜力来实现磁电功能。本文对LaAlO $_3$ /PbTiO $_3$超晶格进行了第一性原理研究。虽然这两种组分都不是磁性的，但磁矩出现在这些超晶格中的PbTiO $_3$的铁电畴壁处。这种铁电畴和局域磁矩之间的扭曲，不仅表现出一种有趣的多铁性，而且可能有助于纳米异质结构中磁性的电控制。
2015-08-12 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Chemical control of polar behavior in bicomponent short-period superlattices
使用第一性原理密度泛函计算，我们研究了铁电性和极性不连续性的范围内的1-1氧化物超晶格，铁电性和顺电组件建成的相互作用。已经进行了研究，以选择不同的组分化学组成。我们发现，当存在极性界面时，即使铁电体只有一个晶胞厚，极性不连续也会引起铁电体层的偏心运动。扭曲产生不可切换的极化，与相应的散装铁电体的幅度相当。相反，在界面处没有极性不连续的超晶格中，铁电层中的偏心运动通常被抑制。的行为和功能特性的细节，然而，被发现是敏感的外延应变，旋转不稳定性和二阶Jahn-Teller活动，因此强烈的影响由顺电层的化学成分。
2010-04-29 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Electrostatics and domains in ferroelectric superlattices
在铁电/介电二维异质结构和超晶格中产生的静电在这里重新审视一个最简单的Kittel模型，以定义一个明确的范例域形成的参考。通过形成180个$^{\circ}$畴在隔离的铁电或极性薄膜中屏蔽去极化场是很好理解的，由此对于足够厚的膜（$w\ll d$），畴$^{\circ}$的宽度按照Kittel定律作为膜厚度$d$的平方根增长。当薄膜沉积在介电衬底上时，这种行为在性质上是不变的，夹在两层之间，甚至在超晶格设置中，只有一个合适的重新归一化的基特尔长度。随着$d$减小，$w(d)$偏离基特尔定律，达到最小值，然后发散到足够薄的膜的单畴极限，总是假设铁电的给定自发极化$P$，仅通过对去极化场的线性响应来修改。在实验相关的大多数情况下，$P$在达到薄膜状态之前就会消失。超晶格的情况并非如此。与单个膜不同，对于单个膜，周围介质的介电常数的增加将从基特尔制度的偏离推到较低的$d$值，在超晶格中存在铁电/介电膜的相对厚度的临界值，超过该临界值，该行为被逆转，并且该临界值限定了超晶格中强铁电耦合和弱铁电耦合之间的分离。
2019-12-30 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Ferroelectric hysteresis in singly aligned graphene-hBN moiré superlattices
CIC nanoGUNE（纳米科技联合研究中心）；University of the Basque Country (UPV/EHU)（巴斯克大学）；National Institute for Materials Science（物质材料研究机构）；Centro de Física de Materiales (CFM-MPC) Centro Mixto CSIC-UPV/EHU（物质物理中心（CFM-MPC）CSIC-巴斯克大学联合中心）
通过霍尔测量和温度依赖性实验，证实单层石墨烯-六方氮化硼莫尔超晶格中存在铁电响应，并揭示其源于莫尔超晶格能带导致的异常电荷屏蔽，自发极化从2K持续至室温。
2026-06-01 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Optically Induced Picosecond Lattice Compression in the Dielectric Component of a Strongly Coupled Ferroelectric/Dielectric Superlattice
铁电/介电BaTiO 3/CaTiO 3超晶格的双带隙飞秒光激发导致结构响应，这是组件层之间的强静电耦合的屏蔽的结果。时间分辨的X射线自由电子激光衍射表明，光激发的结构响应包括一个净晶格膨胀的超晶格一致的去极化场屏蔽驱动的光激发载流子。去极化场屏蔽驱动的膨胀与从超晶格外延生长的底部电极发射的光声脉冲分离。超晶格X射线衍射强度的分布表明，去极化场屏蔽引起的应变包括在铁电体BaTiO 3和CaTiO 3中的收缩的光致膨胀。BaTiO 3层的膨胀幅度大于CaTiO 3层的收缩幅度。在BaTiO 3和CaTiO 3组件中的去极化场屏蔽驱动的应变的幅度的差异可以从BaTiO 3/CaTiO 3界面处的氧八面体旋转模式对CaTiO 3的极化的贡献中产生。去极化场屏蔽驱动的极化减少在CaTiO 3层指向一个新的方向，在一个强耦合的铁电/介电超晶格的组成层的极化的操纵。
2022-11-03 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
