Zig-zag charged domain walls in ferroelectric PbTiO$_3$
我们报道了一个带电的180 $^\circ$畴壁的铁电PbTiO $_3$，补偿随机分布的不动电荷缺陷的理论研究。为此，我们利用原子壳模型模拟和连续相场模拟的框架内的金斯堡-朗道-德文郡模型。我们预测，畴壁形成一个锯齿形图案，我们讨论了它的性能在一个广泛的间隔补偿区域的宽度，范围从一对夫妇超过一百纳米。
2022-11-09 cond-mat.mtrl-sci
Surface reconstruction and ferroelectricity in PbTiO$_3$ thin films
用原子间相互作用势方法研究了PbTiO $_3$薄膜的表面和铁电性质。我们发现，一个模型开发的散装描述适当的表面性质的PbTiO $_3$。特别是，antiferodistortive表面重建，最近观察到的X射线散射，正确地再现作为一个结果，在平衡的远程库仑和短程相互作用在表面上的变化。研究了表面重构对薄膜铁电性能的影响。在外加开路电边界条件下，该模型给出了4个单胞铁电性的临界厚度。形成反铁畸变重构的表面层参与铁电性。薄膜的四方性的降低导致具有非零面内偏振的相的稳定。发现了表面重构对面内偏振分布的特殊影响。
2005-03-21 cond-mat.mtrl-sci
Giant electrocaloric effect in the thin film relaxor ferroelectric 0.9 PbMg_(1/3)Nb_(2/3)O_3 - 0.1 PbTiO_3 near room temperature
我们最近在350 nm的溶胶-凝胶PbZr_（0.95）Ti_（0.05）O_3薄膜中观察到了巨大的电热效应（12 K，25 V）。本文报道了弛豫铁电体0.9PbMg_（1/3）Nb_（2/3）O_3 - 0.1PbTiO_3的260 nm溶胶-凝胶薄膜在居里温度60 ℃附近具有巨大的电热效应（5 K，25 V）。这种工作温度的降低拓宽了在新型冷却系统中的应用潜力。
2006-04-11 cond-mat.mtrl-sci
90-degree Ferroelectric Domains in PbTiO3: Experimental Observation and Molecular Dynamics Simulations
我们报告观察90度的铁电畴结构在透射电子显微镜（TEM）的外延生长的PbTiO 3薄膜。使用分子动力学（MD）模拟的基础上的第一性原理的有效哈密顿量的散装PbTiO 3，我们证实了这种域的发生，显示它只出现在冷却模拟（作为温度降低）的亚稳态和建立特性稳定的90度域结构的PbTiO 3。相比之下，这样的域不表现在类似的模拟钛酸钡。通过对PbTiO 3和BaTiO 3的详细的能量学分析和比较，我们发现90度畴结构仅在PbTiO 3中是能量上有利的，其稳定性的根源在于极化-应变耦合。我们的分析表明，它们可能会形成在钛酸钡由于特殊的边界条件和/或缺陷相关的不均匀性。
2012-02-17 cond-mat.mtrl-sci
Thermal conductivity of perovskite KTaO3 and PbTiO3 from first principles
压电钙钛矿的低热导率对于高功率换能器应用是一个挑战。报道了铁电PbTiO $_3$和立方近铁电钙钛矿KTaO $_3$热导率的第一性原理计算。计算得到的PbTiO $_3$的导热系数远低于KTaO $_3$的导热系数，与实验结果一致。分析结果表明，PbTiO $_3$的低热导率是由于与极性模相关的低频光学声子的存在。这些在PbTiO $_3$中色散较小，导致大的三声子散射相空间。这两种材料之间的这些差异与PbTiO $_3$的$A$ -位驱动的铁电性相关，而KTaO $_3$的$B$ -位驱动的近铁电性相反.的电活性材料的热导率的修改的上下文中的结果进行了讨论。
2018-09-11 cond-mat.mtrl-sci
Phase-field modeling and electronic structural analysis of flexoelectric effect at 180° domain walls in ferroelectric PbTiO3
挠曲电效应是应变、极化及其梯度之间的耦合，在纳米尺度上表现得尤为突出。虽然这种效应对于理解纳米结构（如铁电体中的畴壁）很重要，但其电子机制尚不清楚。本文采用相场模拟和第一性原理计算相结合的方法研究了四元铁电体PbTiO_3中180°畴壁，发现Néel分量的最终来源是自发极化平方的梯度.电子结构分析表明，在畴壁周围存在电荷密度和电势的重新分布，从而产生电场和Néel分量。这一工作揭示了四方铁电体中180°畴壁附近弯电效应的电子机制。
2017-09-20 cond-mat.mtrl-sci
Ferroelectric Properties and Topological Polar Textures of PbTiO$_3$ from a Second-Principles Open-Source Interatomic Potential
本文提出一种开源全原子第二性原理原子间势，用于准确模拟PbTiO3的畴壁动力学和拓扑纹理形成，为大规模高精度铁电材料模拟提供高效框架。
2025-06-10 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
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
Absence of high pressure ground state re-entrant ferroelectricity in PbTiO$_3$
本研究结合DFT计算与金刚石对顶砧实验，探究经典钙钛矿铁电体PbTiO₃的高压铁电性，明确铁电消失源于区界不稳定性，并发现约70 GPa下稳定的新型中心对称后钙钛矿相，修正了此前的相关认知。
2024-10-31 cond-mat.mtrl-sci
Structure and dielectric response in the high $T_c$ ferroelectric Bi(Zn,Ti)O$_3$-PbTiO$_3$ solid solutions
采用理论计算和实验研究相结合的方法，对\em Bi（Zn，Ti）O $_3$ -（1- $x$）PbTiO $_3$（BZT-PT）固溶体进行了研究.我们发现Zn 4 $p$和O 2 $p$轨道之间的杂化允许形成短的、共价的Zn-O键，使得A位和B位位移之间的有利耦合成为可能。这导致大的极化、强的四方性和升高的铁电到顺电相变温度。在90 $^\circ$畴界附近的局部结构中的不均匀性可以从中子和X射线衍射谱中的不对称峰加宽中推断出来。这些非本征效应使得铁电-顺电相变在BZT-PT固溶体中扩散。
2006-04-10 cond-mat.mtrl-sci
Computational study of (111) epitaxially strained ferroelectric perovskites BaTiO3 and PbTiO3
用密度泛函理论计算了PbTiO 3和BaTiO 3在（111）外延应变下的相变行为。从+0.015的拉伸应变到-0.015的压缩应变，PbTiO 3经历了从C2到两个Cm再到R3 m的相变。总极化被认为是几乎独立的应变。对于相同的应变范围，BaTiO 3经历从单一Cm相，通过R3 m，然后到R-3 m的相变。在这种情况下，压缩应变的施加抑制并且然后完全抑制向非极性R-3 m相转变时的极化。
2008-08-18 cond-mat.mtrl-sci
Finite-Temperature Atomic Structure of 180^o Ferroelectric Domain Walls in PbTiO3
本文利用准简谐晶格动力学方法计算了PbTiO_3中180 °畴壁的有限温度结构。我们得到了从0 K到室温的畴壁原子结构的温度依赖性。我们还发现，在室温下，Pb中心和Ti中心的180^o畴壁都较厚，T=300K时的畴壁厚度约为T=0K时的3倍。我们的计算表明，Ti为中心的畴壁具有较低的自由能比Pb为中心的畴壁，因此更有可能在有限的温度下看到。
2010-04-26 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
Coupling between ferroelectric distortions and excitonic properties in PbTiO$_3$
École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL)（洛桑联邦理工学院）；CINECA National Supercomputing Center（CINECA国家超级计算中心）；University of Vienna（维也纳大学）
研究通过结合G_0W_0和Bethe-Salpeter方程计算，揭示了PbTiO$_3$中铁电畸变对激子性质和光学吸收光谱的影响。
2025-12-01 cond-mat.mtrl-sci
Direct observation of monoclinic polar nanoregions in the relaxor ferroelectric Pb(Yb$_{1/2}$Nb$_{1/2}$)O$_{3}$-PbTiO$_{3}$
弛豫铁电体应用于电子设备，如致动器和声纳。具有单斜结构的形态相界（MPB）因其在PbTiO $_{3}$和弛豫铁电体（Pb（Mg $_{1/3}$，Nb $_{2/3}$）O $_{3}$或Pb（Zn $_{1/3}$，Nb $_{1/3}$）O $_{3}$）的固溶体中的高压电性和机电耦合因子而已知。然而，与表现出介电分散体的弛豫性质的极性纳米尺寸域（极性纳米区域）相关的单斜结构尚未报道。利用透射电子显微镜和同步辐射X射线散射，我们提出了共存的单斜结构和极性纳米区域附近的MPB在Pb（Yb $_{1/2}$ Nb $_{1/2}$）O $_{3}$ -PbTiO $_{3}$。该材料中的极性纳米区是随机成形的，不同于典型弛豫体Pb（Mg $_{1/3}$，Nb $_{1/3}$）O $_{3}$ $_{1/3}$的铁电纳米畴.此外，原位观察表明，随着温度的降低，单斜极性纳米区域的增长。对分布函数分析揭示了在极性纳米区域中的单斜Pm和Cm结构的混合物，而没有其他Pb基弛豫固溶体的菱面体结构。由于弛豫性质（极性纳米区）和高压电性（单斜结构）共存的特殊性质，这种材料有望成为理解弛豫铁电性的新平台。
2022-07-13 cond-mat.mtrl-sci
Deconvolution of phonon scattering by ferroelectric domain walls and point defects in a PbTiO3 thin film deposited in a composition-spread geometry
我们提出了一个详细的分析的温度依赖性的铁电PbTiO 3薄膜的热导率沉积在一个组合物蔓延的几何形状，使一个连续的范围内的组合物从~25%的缺钛到~20%的富钛进行研究。通过拟合德拜模型的实验结果，我们去卷积和量化的两个主要的声子散射源的系统：铁电畴壁（DW）和点缺陷。研究结果表明，铁电性双金属是该体系中限制热导率的主要因素，不仅在薄膜的化学计量比范围内（[Pb]/[Ti]~1），而且在阳离子点缺陷浓度较大（约15%）时也是如此。因此，铁电材料中的DW是至少与点缺陷一样有效的声子散射源。我们的研究结果表明，使用可重构DW控制在固态器件的热导率的可行性和有效性。
2021-04-29 cond-mat.mtrl-sci
Dielectric properties of relaxor-ferroelectric ceramic and single crystal Pb(In$_{1/2}$Nb$_{1/2}$)O$_{3}$-Pb(Mg$_{1/3}$Nb$_{2/3}$)O$_{3}$-PbTiO$_{3}$ at cryogenic temperatures
我们利用介电常数测量研究了Pb（In $_{1/2}$ Nb $_{1/2}$）O $_{3}$ -Pb（Mg $_{1/3}$ Nb $_{2/3}$）O $_{3}$ -PbTiO $_{3}$的低温行为。我们比较了单晶片在[001]和[111]方向上测量与相同组成的多晶陶瓷。极化晶体的行为非常不同的非极化晶体，而陶瓷的介电谱变化很小的极化。在100 K附近极化的[001]晶体中观察到的大的频率依赖性介电弛豫在[111]晶体中不太突出，并且在陶瓷中不发生。弛豫铁电晶体的低温动力学与材料的制备条件和微观结构有关。
2018-02-16 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
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
Ab initio study of ferroelectric domain walls in PbTiO3
利用第一性原理超软赝势方法研究了钙钛矿型铁电化合物PbTiO 3中180度和90度畴界的原子结构。对于每种情况下，我们已经计算出的位置，厚度和创建的磁畴壁的能量，并估计其运动的势垒高度已获得。我们发现这两种畴壁是非常狭窄的一个类似的宽度的一至两个晶格常数的顺序。计算出90度畴壁的能量为35 mJ/m^2，比180度畴壁的能量低4倍左右，而且只有一个极小的运动势垒，我们发现了一个令人惊讶的特征，即在90度畴壁上的静电势有0.15-0.2 eV的小偏移。
2001-09-14 cond-mat.mtrl-sci
Effect of External Normal and Parallel Electric Fields on 180^o Ferroelectric Domain Walls in PbTiO_3
我们在PbTiO 3中施加平行于180 °铁电畴壁和垂直于180 °铁电畴壁的均匀电场，并使用非简谐晶格静力学方法获得平衡结构。除了钛为中心和铅为中心的完美畴壁，我们还考虑了钛为中心的畴壁与氧空位。我们观察到电场可以显著增加畴壁的厚度。我们还观察到，增加电场的大小，我们达到一个临界电场E^c;当E > E^c时，没有局部平衡组态。因此，E^c可以被认为是畴壁运动的阈值场E_h的估计。计算结果表明，氧空位使E^c值减小.由于缺陷畴壁比完美畴壁厚，这一结果与最近的实验观察和连续计算结果一致，即较厚的畴壁具有较低的阈值场。
2010-12-24 cond-mat.mtrl-sci
A first-principles study of oxygen vacancy pinning of domain walls in PbTiO3
用密度泛函理论研究了四元PbTiO_3中氧空位与180度畴壁的相互作用。我们的计算表明，空位确实有一个较低的形成能量在畴壁中比在散装，从而确认这些缺陷迁移的趋势，并钉扎，畴壁。钉扎能量的报告为三个可能的方向的原始Ti-O-Ti键，并试图模拟结果与简单的连续模型进行了讨论。
2003-05-12 cond-mat.mtrl-sci
Atomic Structure of Steps on 180^o Ferroelectric Domain Walls in PbTiO_3
用非简谐晶格静力学方法计算了PbTiO_3中180 °铁电畴壁台阶的平衡结构。我们考虑三种不同类型的步骤：i）将以Ti为中心的DW连接到以Ti为中心的DW的Ti-Ti步骤，（ii）将以Pb为中心的DW连接到以Pb为中心的DW的Pb-Pb步骤，以及（iii）将以Pb为中心的DW连接到以Ti为中心的DW的Pb-Ti步骤。我们表明，由于这些步骤原子扭曲扩大DW，但本地化，即，它们被限制在具有几个晶格间距的尺寸的区域。我们看到，一个台阶局部加厚畴壁;有缺陷的畴壁比完美的畴壁厚两到三倍，这取决于台阶的类型。我们还观察到，步骤扭曲的偏振分布在一个混合的布洛赫-内尔样的方式，偏振旋转出附近的步骤畴壁平面。计算结果表明Pb-Pb台阶具有最低的静态能。
2010-12-22 cond-mat.mtrl-sci
Existence of Large Room Temperature Ferroelectricity in Chemical Solution Grown PbTiO3 Buffered (BiFeO3)1-x-(PbTiO3)x Films on Pt/Si Substrates
本文报道了组分x = 0.25，0.30和0.35的PbTiO_3缓冲多晶（BiFeO_3）_{1-x}（PbTiO_3）_x薄膜在准同型相界附近存在大的剩余极化和介电常数。该膜通过化学溶液沉积法沉积在镀铂硅衬底上。薄膜具有钙钛矿结构，在PbTiO_3含量高于体相时仍保持菱方晶系结构。我们观察到非常大的剩余极化，~75 microC/cm^2，和高介电常数，~2400在1 kHz x = 0.3，这是在MPB组成范围内。对于相同的成分，未缓冲的膜显示出小于1微C/cm ^2。
2008-04-10 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
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
Monoclinic phase in the relaxor-based piezo-/ ferroelectric Pb(Mg$_{1/3}$Nb$_{2/3})O_3$-PbTiO$_3$ system
用高分辨同步辐射X射线衍射方法在0.65 Pb（Mg）$_{1/3}$ Nb $_{2/3})O_3$-0.35 PbTiO $_3$中发现了空间群为$Cm$（$M_A$型）的铁电单斜相。它出现在室温下的单晶预先极化下施加的电场为43 kV/cm沿伪立方[001]方向，在该区域的相图中的准同型相界之间的菱面体（R3 m）和四面体（P4 mm）相。单斜相具有晶格参数a = 5.692 A，b = 5.679 A，c = 4.050 A和$β$ = $90.15^{\circ}$，其中b $_m$ -轴沿着伪立方[110]方向取向。它与PbZr $_{1-x}$ Ti $_x$ O $_3$中观察到的单斜相类似，但与最近在Pb（Zn $_{1/3}$ Nb $_{2/3})O_3$ -PbTiO $_3$中发现的空间群为$Pm$（$M_C$型）的单斜相不同。
2001-12-21 cond-mat.mtrl-sci
Structural Changes and Ferroelectric Properties of BiFeO<sub>3</sub>-PbTiO<sub>3</sub> Thin Films Grown via a Chemical Multilayer Deposition Method
采用化学溶液沉积法在Pt/Si衬底上制备了（1-x）BiFeO<sub>3</sub>-xPbTiO<sub>3</sub>（BF-xPT）薄膜（x ~ 0.60）。这些多层沉积的前体膜在氮气中在700°C下退火时显示出纯钙钛矿相形成。与BF：PT：：40：60的总摩尔组成的平衡四元结构相反，我们发现MA型的单斜结构的BF-xPT相。<sub></sub>压电力显微镜证实了铁电开关的薄膜，并揭示了不同的正常和横向域分布的样品。室温电性能测试表明，铁电材料具有良好的电滞回线，其回复极化强度Pr高达18 μC/cm<sup>2</sup>，漏电流低至10<sup>- 7A</sup>/cm<sup>2</sup>。
2010-06-24 cond-mat.mtrl-sci
Evidence of field induced inter-ferroelectric transformation as the dominant driving mechanism for anomalous piezoresponse in the morphotropic phase boundary piezoelectric system PbTiO3-BiScO3
本文用原位电场相关的高能同步X射线衍射研究了压电陶瓷中与高压电响应有关的贡献机制。对高性能压电合金（1-x）PbTiO 3-（x）BiScO 3的两种邻近组合物的电场诱导的晶格应变和非180 °畴切换倾向的比较研究揭示，一种在准同型相界（MPB）区域内，表现出425 pC/N的d33，另一种刚好在MPB区域外，表现出260 pC/N的d33，尽管MPB试样表现出相当高的压电响应，但与非MPB试样相比，其晶格应变和畴转换倾向相当小。这些新的实验观察相矛盾的普遍持有的观点，即异常的压电响应MPB基压电体出现由于增强的倾向域切换。我们的研究结果表明，占主导地位的机制有助于异常的压电响应是场致干涉电转变。
2015-08-24 cond-mat.mtrl-sci
Vortex states in a PbTiO$_3$ ferroelectric cylinder
本文通过相场模拟和解析计算，研究了铁电PbTiO$_3$纳米圆柱体中由弹性和静电相互作用竞争产生的极化涡旋态，发现涡旋核心取向可通过几何参数和温度调控。
2022-10-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Bias field effect on the temperature anomalies of dielectric permittivity in PbMg1/3Nb2/3O3- PbTiO3 single crystals
在（1-x）PbMg_（1/3）Nb_（2/3）O_3-（x）PbTiO_3（0<x<0.35）单晶中，介电常数最大值的温度Tm随偏置场E单调增加，与此相反，Tm在达到一定阈值场Et时保持不变或随偏置场E减小，高于阈值场Et时Tm开始增加。Et随x减小，在x=0.4时几乎消失。我们解释了这种场依赖性的淬火随机场和平均极化定向偶极子之间的耦合。对于0.06<x<0.13的晶体，绘制了弛豫相、铁电相、玻璃相和铁电-玻璃混合相的T-E相图。铁电相和弛豫相之间的边界对应于一阶相变，并且其特征在于具有在场冷却模式中获得的线的大曲率的热滞后，并且通过端点的存在，在该端点之上铁电相和弛豫相之间没有差异。玻璃相在Vogel-Fulcher温度TVF附近具有几乎与场无关的边界。玻璃序参量和极化之间的耦合在低于TV的温度下改变铁电边界
2005-06-10 cond-mat.mtrl-sci
Double Helix of atomic displacements in Ferroelectric PbTiO$_3$
针对PbTiO$_3$应变薄膜中“偶极螺旋”结构的未明特性，通过密度泛函理论发现手性非共线铁电双螺旋结构，揭示其稳定性机制与巨压电响应、多谷电子拓扑功能，为复杂手性序设计提供物理途径。
2025-08-20 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
First-principles study of two-dimensional electron and hole gases at the head-to-head and tail-to-tail 180$^\circ$ domain walls in PbTiO$_{3}$ ferroelectric thin films
我们从第一性原理研究了孤立的独立PbTiO $_{3}$板中头对头（HH）和尾对尾（TT）180 $^\circ$畴壁的结构和电子性质。对于足够厚的域（$n$ = 16个PbTiO $_{3}$晶胞），观察到电荷从自由表面转移到域壁以形成局部电子（在HH中）和空穴（在TT中）气体，以屏蔽束缚极化电荷。这个电子重建背后的静电驱动力是清晰可见的，从平滑的自由电荷密度和束缚电荷分布之间的完美匹配，计算从晶格自由度的松弛后获得的极化曲线的有限差分。大约六个晶胞的畴壁宽度大于常规的180 $^\circ$中性构型。由于在我们的模拟中没有引入氧空位、缺陷或掺杂剂原子，所以所有先前的物理量都是系统的内在极限。我们的研究结果支持存在一个额外的来源的电荷在域壁解释增强的导电性观察到在一些域壁的原型，绝缘体，钙钛矿氧化物。
2020-05-14 cond-mat.mtrl-sci
Strain game revisited for complex oxide thin-films: Substrate-film thermal expansion mismatch in PbTiO$_3$
材料性质，特别是钙钛矿氧化物的性质，对外延应变的敏感性已经被利用，以极大地有利于创造具有新的或增强的性质的材料。虽然已经肯定地认识到，体材料和衬底材料的热膨胀系数的失配将有助于失配应变，但是这种贡献对于铁电钙钛矿薄膜的意义尚未被系统地探索。我们利用第一性原理密度泛函理论，以PbTiO $_3$铁电薄膜为例，说明了忽略衬底的热膨胀（即，假设膜的面内晶格参数作为温度的函数保持大致恒定）导致铁电转变温度和结构趋势，这与热计算完全不同，适当地考虑了膨胀失配。我们的工作表明，一个失配应变定义为一个单一的数字的概念是特别不明确的PbTiO $_3$和邀请进一步研究之间的相互作用的热膨胀失配和结构和功能特性在其他薄膜材料。
2020-09-07 cond-mat.mtrl-sci
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
Anomalous domain periodicity observed in ferroelectric PbTiO3 nanodots with 180o stripe domains
PbTiO 3基纳米点和纳米管由于其在非易失性存储器和多功能器件中的潜在应用而受到广泛关注。关于铁电薄膜中180 °条纹畴的尺寸效应，已有大量关于厚度依赖的畴周期性的报道。所有这些研究表明，根据经典的Landau-Lifshitz-Kittel（LLK）标度定律，180 °条纹畴的畴周期性与膜厚度（d）成比例，直到约2nm的厚度。然而，在PbTiO 3纳米点的情况下，我们获得了一个非常惊人的相关性，即对于小于某个临界值dc（~35 nm）的厚度，畴宽度甚至随着纳米点厚度的减小而增加，这令人惊讶地表明LLK标度律指数为负值。直流电的理论考虑的基础上，我们属性的非铁电表面层的存在下，除了铁电纳米点的有限的横向尺寸效应，这种异常的域周期性。
2013-01-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Effect of thermal annealing on dielectric and ferroelectric properties of aerosol-deposited $0.65\text{Pb}(\text{Mg}_{1/3}\text{Nb}_{2/3})\text{O}_{3}-0.35\text{PbTiO}_{3}$ thick films
本文研究500 °C热退火对气溶胶沉积PMN-PT厚膜铁电与介电性能的影响，通过PUND和阻抗谱结合Rayleigh分析发现退火使极化开关与非开关贡献分别提高1.6倍和2.33倍，畴壁介电贡献提高11倍，表明退火通过增加畴壁密度增强铁电行为。
2023-10-27 cond-mat.mtrl-sci
Effects of Vacancies on Properties of Relaxor Ferroelectrics: a First-Principles Study
采用第一性原理模型研究了铅空位对弛豫铁电体Pb（Sc 1/2Nb 1/2）O3（PSN）性质的影响.铅空位产生大的、不均匀的电场，其降低不同极化方向的能量最小值之间的势垒。这自然解释了为什么具有显著铅空位浓度的弛豫体在较低温度下具有加宽的介电峰，以及为什么铅空位在PSN中的铁电转变附近涂抹属性。我们也重新考虑传统的智慧，铅空位减少介电响应的幅度。
2006-10-04 cond-mat.mtrl-sci
First-principles studies of the local structure and relaxor behavior of Pb(Mg$_{1/3}$Nb$_{2/3}$)O$_3$-PbTiO$_3$-derived ferroelectric perovskite solid solutions
研究了过渡金属掺杂对0.75 Pb（Mg $_{1/3}$ Nb $_{2/3}$）O $_3$-0.25 PbTiO $_3$弛豫铁电体局域结构的影响。我们发现，这些掺杂剂引起非常不同的局部结构和其他物理性质。例如，当Mg被Cu或Zn部分取代时，Cu或Zn的位移远大于Mg的位移，甚至与Nb的位移相当。这些系统的极化也增加，特别是对于Cu掺杂的溶液，由于大的极化率的Cu和Zn。结果，预测的最大介电常数温度（$T_m$）增加。另一方面，用Mo或Tc替换Ti原子显著地降低了阳离子的位移和极化，因此，$T_m$值也显著降低。较高的$T_m$不能用基于阳离子离子半径的传统论点来解释。此外，我们发现，Cu，Mo，或Tc掺杂增加阳离子位移无序。还讨论了掺杂剂对温度色散$ΔT_m$的影响，即不同频率下$T_m$的变化。我们的研究结果奠定了基础，为进一步调查未开发的掺杂剂。
2017-11-29 cond-mat.mtrl-sci
Giant voltage amplification from incipient ferroelectric states
铁电体在适当的电边界条件下呈现稳定的负电容响应。当铁电体处于异质结构中时，这种行为在其他元件中产生电压放大，其经历比所施加的电势差更大的电位差，从而为低功率电子器件带来希望。到目前为止，研究的重点是验证这种效果，很少有人知道如何优化it. In我们描述了铁电/介电超晶格的静电理论，方便的模型系统，并显示铁电层的负介电常数和电压放大之间的关系在介电层。然后，我们运行模拟的PbTiO 3/SrTiO 3超晶格，以揭示最强烈的影响放大的因素。特别是，我们发现，巨大的影响（高达10倍的增加）时，可以得到PbTiO 3被带到接近所谓的“初期铁电”状态。
2022-01-18 cond-mat.mtrl-sci
Effect of epitaxial strain on the spontaneous polarization of thin film ferroelectrics
利用第一性原理计算研究了BaTiO $_3$、PbTiO $_3$、LiNbO $_3$和BiFeO $_3$的自发铁电极化随外延应变的变化。我们发现，虽然在简单的钙钛矿系统BaTiO $_3$和PbTiO $_3$中极化的应变依赖性非常强，但在LiNbO $_3$和BiFeO $_3$中仅弱。我们表明，这种不同的行为可以理解纯粹的压电和弹性常数的无应变的散装材料，我们讨论了几个因素，确定某种材料的应变行为。
2005-07-31 cond-mat.mtrl-sci
Oxygen vacancy formation energies in PbTiO$_3$/SrTiO$_3$ superlattice
使用第一性原理密度泛函理论计算确定了由SrTiO $_3$和PbTiO $_3$（STO/PTO）组成的原型钙钛矿氧化物超晶格中的缺陷稳定性。具体地，确定并比较具有四个STO原子层和四个PTO层（4STO/4PTO）的超晶格的顺电相和铁电相中的氧空位形成能E $_v$。电荷状态，八面体旋转，极化，和界面上的E $_v$的影响进行了研究。超晶格的形成能随层而变化，铁电相的E $_v$高于顺电相。在这些氧化物超晶格中构造的两个界面在顺电系统中是对称等效的，在铁电超晶格中表现出非常不同的形成能，并且可以看出这是由铁电和旋转模式的耦合驱动的。在等效晶格位置，带电空位的E $_v$一般低于中性空位。FE超晶格中的八面体旋转（a $^0$ a $^0$ c $^-$）对E $_v$具有显著影响，增加了位于界面附近的空位的形成能，但降低了位于STO和PTO组成部分的块状区域中的氧空位的形成能。不同层之间的形成能的变化被发现主要是由在每个层的局部弛豫的差异。这些对钙钛矿超晶格中缺陷稳定性的基本见解可以用于通过控制超晶格的组成材料和界面工程来调节缺陷性质。
2018-05-29 cond-mat.mtrl-sci
Investigation of biferroic properties in La0.6Sr0.4MnO3/0.7 Pb(Mg1/3Nb2/3)O3 0.3 PbTiO3 epitaxial bilayered heterostructures
采用脉冲激光烧蚀技术在LaNiO 3涂层LaAlO 3（100）单晶衬底上制备了由不同厚度的La0.6Sr0.4MnO3（LSMO）和0.7Pb（Mg 1/3 Nb 2/3）O30.3PbTiO3（PMN-PT）组成的双层外延薄膜。这些异质结构的铁电和铁磁特性证实了它们的双铁性。由于晶格应变的影响，双层异质结构的磁化强度和铁电极化强度随着PMN-PT层厚度的增加而增强。这些异质结构的介电性能研究在很宽的温度范围内，在不同的磁场强度建议的弹性应变介导的磁电耦合背后所观察到的磁介电效应的影响，除了在施加的磁场下的界面载流子的重排。
2009-06-25 cond-mat.mtrl-sci
Elucidating the barriers on direct water splitting: Key role of oxygen vacancy density and coordination over PbTiO$_3$ and TiO$_2$
在这项工作中，使用最先进的基于密度泛函理论的第一性原理计算，我们发现，表面氧空位的浓度以及相对于彼此的配位对于PbTiO $_3$和TiO $_2$的（001）表面上的直接水裂解反应是至关重要的。对于水裂解反应发生在TiO $_2$ -终止的表面，它是必要的，有两个相邻的O-空位作为活性位点，主机两个吸附水分子。然而，O-H键的最终解离只有在额外的最近邻O-空位的存在下才是可能的。不幸的是，这一必要的第三个空位通过在TiO $_2$ -末端表面上捕获解离的H原子来抑制分子氢的形成。与TiO $_2$相比，PbTiO $_3$（001）表面上形成多达3个O-空位的能量成本较低，Pb的存在导致这些表面上的O键较弱。在PbTiO $_3$的PbO末端表面上，分子氢的形成更有利，仅需要两个相邻的氧空位。然而，氢分子被弱范德华力保留在表面附近。我们的研究表明，两个障碍导致直接水裂解工艺的低生产率。首先，存在由至少两个最近邻O-空位的要求施加的熵势垒，空间上阻碍该过程。此外，在TiO $_2$ -封端的表面上，或从PbO-封端的表面去除H $_2$分子上，也存在形成的双势垒。
2020-09-17 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
The nature of iron-oxygen vacancy defect centers in PbTiO3
铁电PbTiO 3中的铁（III）中心与氧空位一起形成沿晶体学c轴取向的带电缺陷缔合物。通过比较基于精细结构数据的半经验Newman叠加模型分析和密度泛函理论计算的结果，对其微观结构进行了详细的分析。这两种方法都证明了Fe 3+取代Ti 4+作为受主中心。铁离子在铁电相中的位置与顺电相中的B位相似。部分电荷补偿由直接配位的氧空位局部提供。使用高分辨率的同步加速器粉末衍射，它被证实，钛酸铅仍然是tetraphenic低至12 K，表现出的c/a比为1.0721。
2005-04-27 cond-mat.mtrl-sci
The nature of an enhanced ferroelectric phase transition temperature in perovskite-based solid solutions
解释了BiMeO $_3$-PbTiO $_3$（Me = Sc，In等）固溶体中端元以外的铁电相变温度$T_c$增强现象。与非线性和空间相关效应有关。解释是基于$T_c$的计算在我们的随机场理论的框架内，在上述物质的非线性效应的额外帐户。我们发现，当非线性系数为正值时，对于一定的PbTiO $_3$含量，$T_c$的最大值发生，该系数的值是从理论和实验之间的最佳拟合中找到的。该非线性系数是理论中唯一可调的参数。我们发现，增强积极的非线性系数大大提高了$T_c$最大值超过其端部成员。该理论不仅为计算上述固溶体的$T_c$奠定了基础，而且为计算PbTiO $_3$含量、温度、电场和其他外部参数对几乎任何平衡和/或非平衡热力学特性如静态和动态介电常数、比热等的影响奠定了基础。
2004-07-22 cond-mat.mtrl-sci
Phase evolution and thermal stability of high Curie temperature BiScO$_3$-PbTiO$_3$-Pb(Cd${1/3}$Nb$_{2/3}$)O$_3$ ceramics near MPB
具有高居里温度的压电和铁电陶瓷由于其在恶劣环境下的应用而受到越来越多的关注。本文研究了（0.975-x）BiScO_（3-x）PbTiO_（3 - 0.025）Pb（Cd_（1/3）Nb_（2/3））O_3（x = 0.58-0.64）陶瓷的相结构、介电、铁电和压电性能。随着PT浓度的增加，发生了由菱面体相到四方体相的结构转变。讨论了体系结构与电性能的关系。在准同型相界（x = 0.62）附近的BS-xPT-PCN体系表现出优异的压电和铁电性能，d33 = 508 pC/N，kp = 56%，Pr = 40 uC/cm 2。用原位XRD对MPB（x = 0.62）掺杂样品的高温压电性进行了表征。BS-xPT-PCN体系具有良好的热稳定性和压电性能，是一种很有前途的高温压电材料。
2019-08-28 cond-mat.mtrl-sci
Strain dependencies of energetic, structural, and polarization properties in tetragonal (PbTiO3)1/(SrTiO3)1 and (BaTiO3)1/(SrTiO3)1 superlattices: a comparative study with bulks
采用第一性原理密度泛函方法研究了四重对称1by 1 PbTiO 3/SrTiO 3和BaTiO 3/SrTiO 3超晶格中面内应变和界面效应之间的相互作用.本研究的一个特别的重点是在短周期超晶格和组成块体材料中对各种铁电性质进行并排比较，这对于了解铁电块体形成超晶格时的不同物理性质是非常有用的。在这项工作中研究的各种属性包括平衡结构，应变依赖的混合能量，微观铁电偏心位移，宏观极化，压电系数，有效电荷，和最近制定的k-依赖极化色散结构。我们的研究结果的细节是相当长的，并总结在第二节。四.
2010-04-16 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Disentangling the Discrepancy Between Theoretical and Experimental Curie Temperatures in Ferroelectric PbTiO$_3$
Westlake University（西湖大学）；Westlake Institute for Advanced Study（西湖高等研究院）
通过从头算分子动力学和机器学习力场模拟，发现交换关联泛函的局限性是理论低估居里温度的主因，并揭示了有限尺寸效应与相互作用范围的耦合。
2026-06-11 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Oxygen vacancies induced ferroelectricity in relaxors with ABO3 structure
在Landau-Ginzburg-Devonshire唯象理论框架下考虑了氧空位对钙钛矿结构弛豫体的影响。弛豫子的理论适用性是基于它们中存在一些隐藏的软声子极模，并且在负温度TC* 下其频率可能为零。主要关注的是PZN-PLZT弛豫体0.3Pb（Zn_（1/3）Nb_（2/3））O_（3 -0.7）（Pb_（0.96）La_（0.04）（Zr_xTi_（1-x））_（0.99）O_（3-x））（x = 0.52），在此之前进行了氧空位对极性性质影响的实验研究，并获得了氧空位诱导铁电性的证据。由于已知氧空位是弹性偶极子，它们由于Vegard和挠曲电耦合而影响弹性和电场。在自由能泛函中考虑了空位的弹性和电致伸缩贡献。利用空位浓度分布函数计算了空位对极性的影响。结果表明，负居里温度的弛豫TC* 是重整化的弹性偶极子由于电致伸缩耦合，并可以成为积极的在一些足够大的浓度的空位。我们计算了局部极化和电场诱导的挠曲化学耦合依赖于氧空位的浓度。由于空位浓度分布的不均匀性，铁电相和弛豫态可以共存。
2018-09-01 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
Thermodynamic stabilization and electronic effects of oxygen vacancies at BiFeO$_3$ neutral ferroelectric domain walls
本文通过第一性原理模拟量化了BiFeO$_3$中性铁电畴壁处氧空位的热力学稳定性和电子效应，发现空位在畴壁处具有高达0.3 eV的能量优势并诱导小极化子态，为畴壁导电和缺陷工程提供了定量基础。
2025-07-16 cond-mat.mtrl-sci
Giant Negative Thermal Expansion Induced by the Synergistic Effects of Ferroelectrostriction and Spin-Crossover in PbTiO3-Based Perovskites
不寻常的负热膨胀（NTE）的发现提供了控制热膨胀的常见但非常期望的性质的机会，这不仅在科学兴趣中而且在实际应用中是有价值的。然而，大多数可用的NTE材料仅限于狭窄的温度范围，并且NTE效应通常通过各种改性来减弱。在此，我们报道了在宽温度范围（αV = -5.24 * 10-5 °C^-1，25-575 ° C）内发生的增强的NTE效应，并且这种NTE效应伴随着异常增强的四方性、大的自发极化和目前钙钛矿型铁电体（1-x）PbTiO 3-xBiCoO 3中的G型反铁磁有序。具体而言，对于0.5PbTiO3-0.5BiCoO3的组成，在700 °C的居里温度附近观察到约4.8%的广泛体积收缩，这代表了PbTiO 3基铁电体的最高水平。根据我们的实验和理论结果，巨NTE起源于铁电致伸缩和自旋交叉的钴晶格上的协同效应。实际的NTE机制与以前的功能NTE材料，其中的NTE是简单地耦合与一个排序，如电子，磁性，或铁电排序。本文的研究为理解NTE机理提供了新的思路，并证明了NTE可以通过不同的有序度进行合理的耦合，这将为大NTE材料的设计开辟一条新的途径。
2019-02-13 cond-mat.mtrl-sci
