Temperature and thickness evolution and epitaxial breakdown in highly-strained BiFeO3 thin films
我们提出的温度和厚度依赖的应变诱导的转变在高应变外延BiFeO 3薄膜沉积在LaAlO 3（001）衬底上的结构和形态的演变。使用高分辨率的X射线衍射和温度相关的扫描探针为基础的研究，我们观察到一个复杂的温度和厚度依赖的演变相在这个系统中。从一个单一的单斜扭曲的四边形状相到一个复杂的混合相结构的薄膜厚度为200 nm的厚度依赖性的转变是应变诱导的旋节不稳定性的BiFeO 3/LaAlO 3系统的结果。此外，这种应变稳定的亚稳混合相结构的非外延微晶的母体菱面体结构的BiFeO 3的击穿观察到发生在一个临界厚度为300 nm。我们进一步提出了一种机制，这种突然的故障，提供了洞察竞争的性质，在这个系统中的阶段。
2011-10-17 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
Large isosymmetric reorientation of oxygen octahedra rotation axes in epitaxially strained perovskites
利用第一性原理密度泛函理论计算，我们发现了一个巨大的双轴应变诱导的八面体旋转轴重取向的斜方钙钛矿倾向于菱面体对称。具有不同八面体旋转幅度的晶体学等效（等对称）结构之间的过渡起源于强应变-八面体旋转耦合可用于钙钛矿和竞争八面体倾斜模式之间的能量等级。通过阐明这些标准，我们认为许多功能钙钛矿将表现出薄膜形式的转变，从而提供了一个新的景观，其中定制高度各向异性的电子响应。
2011-06-13 cond-mat.mtrl-sci
Microstructure of epitaxial strained BiCrO3 thin films
用X射线衍射和透射电镜研究了室温下全应变BiCrO_3薄膜的结构和显微结构。有趣的是，三种结构变体同时稳定在膜内。虽然它们中的TXO与本体中的现有相一致-低于和高于420 K结构转变，但确定了不同的相。各种结构的存在已被归因于局部应变和氧的不均匀分布所产生的应变能在界面处的最小化。这些发现将为更好地理解Bi基钙钛矿和亚稳相开辟道路。
2010-05-05 cond-mat.mtrl-sci
Tailoring Magnetic Frustration in Strained Epitaxial FeRh Films
我们报告的应变诱导马氏体相变，伴随着抑制的磁性顺序在外延膜的化学无序FeRh。X射线衍射，透射电子显微镜和电子结构的计算表明，降低对称性（从立方到tetraxide）所施加的外延关系导致进一步的，意想不到的，四方到正交晶系的过渡，由带Jahn-泰勒型晶格不稳定性触发。磁秩序的崩溃是这种结构变化的直接后果，它打破了铁磁最近邻相互作用之间的微妙平衡所产生的Fe-Rh杂化和本地化的Fe矩在较大的距离之间的反铁磁耦合受挫。
2016-02-29 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
Coupled magnetic-ferroelectric metal-insulator transitions in epitaxially-strained SrCoO$_{3}$ from first principles
采用第一性原理计算了钙钛矿结构SrCoO $_{3}$的外延应变相图。通过结合大的自旋-声子耦合与极化-应变耦合和带隙耦合到极性畸变，拉伸和压缩外延应变被认为是驱动体铁磁-金属（FM-M）相反铁磁-绝缘-铁电（AFM-I-FE）相，后者具有异常低的弹性能。在这些耦合的磁性-铁电金属-绝缘体相边界处，预期对所施加的电场和磁场以及应力的交叉响应。特别地，施加到AFM相的磁场或压缩单轴应力可以诱导绝缘体-金属转变，并且施加到FM-M相的电场可以诱导金属-绝缘体转变。
2011-04-14 cond-mat.mtrl-sci
Giant periodic pseudo-magnetic fields in strained kagome magnet FeSn epitaxial films on SrTiO$_3$(111) substrate
量子材料，特别是具有线性色散带的狄拉克材料，可以通过导致强烈调制其电子性质的伪磁场的应变诱导的晶格畸变来有效地调谐。在这里，我们通过分子束外延在SrTiO $_3$（111）衬底上生长由交替堆叠的Sn $_2$蜂窝（锡烯）和Fe $_3$ Sn kagome层组成的可果梅磁体FeSn膜。使用扫描隧道显微镜/光谱，我们表明，锡蜂窝层可以周期性地变形的外延应变膜厚度低于10 nm，导致微分电导峰与朗道产生的伪磁场大于1000 T的水平一致。我们的研究结果表明，应变工程的拓扑磁体在纳米尺度上的电子特性的可行性。
2023-03-10 cond-mat.mtrl-sci
Nanoscale domains in strained epitaxial BiFeO3 thin Films on LaSrAlO4 Substrate
采用脉冲激光沉积法在（001）LaSrAlO 4单晶衬底上外延生长了不同厚度的BiFeO 3薄膜。高分辨率的X射线衍射测量表明，一个四方形的相与c-晶格常数~4.65 <$A是稳定的一个大的失配应变。此外，在约50 nm及以上的膜厚度下，还检测到c晶格常数为约3.99 μ m的类菱形相，以减轻大的失配应变。面内压电力显微镜研究显示出清晰的信号和四方形区域的自组装纳米级条纹畴结构。这些研究结果表明，在BiFeO 3薄膜进行大的压缩应变的纳米级域图案的复杂的图片。
2011-01-07 cond-mat.mtrl-sci
Loss of anisotropy in strained ultrathin epitaxial L10 Mn-Ga films
在本工作中，我们研究了应变对室温下Mn-Ga薄膜磁性能的影响。在Cr缓冲MgO（001）衬底上生长了两种不同的Mn-Ga组分，其中一种还掺杂了Co。厚度低于12 nm的膜是高度应变的，并且观察到c/a与厚度的比率取决于组成。使用c/a作为序参量的PMA被证明是急剧减少，随着应变的增加。当推广和缩小从> 20 nm的薄膜获得的结果时，应考虑这些发现。此外，已经表明，可以通过引入额外的Pt缓冲层来降低应变，从而对于低至6 nm的厚度保持高PMA。
2013-06-14 cond-mat.mtrl-sci
Ferroelectricity in [111]-oriented epitaxially strained SrTiO$_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
Equilibrium shape and dislocation nucleation in strained epitaxial nanoislands
本文采用二维原子模型，利用简单的原子间对势，数值研究了小应变外延岛的平衡形状、形状转变和位错成核。我们首先绘制出平衡岛形状的相图作为岛的大小（N = 105个原子）和晶格失配与基板的函数，并表明，纳米级的岛屿有四个通用的平衡形状，与弹性连续理论的预测相反。对于增加基板吸附的吸引力，我们发现岛屿上形成一个有限的润湿层上观察到的Stranski-Krastanow增长。我们还研究了不同形状的岛屿之间的过渡和位错成核在最初的相干岛屿的能量障碍和过渡路径。特别是，我们发现，位错成核自发地在边缘的吸附物-衬底界面以上的临界尺寸或晶格失配。
2005-10-05 cond-mat.mtrl-sci
Structural effects on the spin-state transition in epitaxially strained LaCoO$_3$ films
利用密度泛函理论中的LSDA + U方法，我们研究的自旋状态和磁有序的钙钛矿钴酸镧，LaCoO 3的应变的影响。我们表明，虽然应变引起的晶格参数的变化是不足以稳定的非零自旋状态，额外的异质外延对称性约束-特别是抑制八面体旋转-稳定铁磁中间自旋状态。通过与体材料的实验数据进行比较，我们计算了Hubbard U值的上限，并描述了原位库仑相互作用在确定自旋态构型中所起的作用。
2008-12-23 cond-mat.mtrl-sci
Origin of lowered magnetic moments in epitaxially strained thin films of multiferroic Bi$_2$FeCrO$_6$
利用密度泛函理论研究了外延应变对多铁性$_2$ $_6$（001）薄膜磁性和$B$位阳离子有序度的影响。我们发现，在薄膜与岩盐有序的Fe和Cr的基态的特点是C型反铁磁（AFM）秩序。这是在相反的散装形式的材料，这被预测为具有G型AFM顺序的亚铁磁体。此外，阳离子有序薄膜经历了从C到A型AFM顺序的外延应变的转变。其他磁序表现为热可及的激发态。我们还发现，$B$网站的阳离子无序结构是更稳定的相干外延应变，从而解释了降低磁矩在这些样品中观察到在室温下。应变改变的符号，以及强度的Fe-Cr超交换耦合导致一个非常有趣的相图为Bi $_2$ FeCrO $_6$薄膜。
2015-11-22 cond-mat.mtrl-sci
Energetics and atomic mechanisms of dislocation nucleation in strained epitaxial layers
本文在二维原子模型中数值研究了具有晶格失配的衬底上应变外延层的失配位错成核和应力弛豫的能量学和原子机制。利用Lennard-Jones型原子间相互作用势和系统的鞍点及跃迁路径搜索方法，研究了不同跃迁路径下从相干态到非相干态的弛豫过程.该方法是基于排斥势最小化和轻推弹性带方法的组合。对于含有单个错配位错的末态，得到了不同错配和原子间相互作用势下的最小能量路径和相应的激活势垒。我们发现，能量势垒强烈降低失配。与连续弹性理论相反，观察到强拉压不对称性。这种不对称性可以理解为对势的排斥分支和吸引分支之间的不对称性的表现，并且发现它敏感地依赖于势的形式。
2003-08-09 cond-mat.mtrl-sci
Wetting layer thickness and early evolution of epitaxially strained thin films
我们提出了一个物理模型来解释外延应变膜中有限厚度润湿层的存在。由于非线性弹性自由能随膜厚的变化，有限润湿层是稳定的。我们表明，各向异性的表面张力引起的亚稳扩大润湿层。扰动振幅需要不稳定的润湿层随着晶格失配的增加而减少。我们观察到不稳定的薄膜中的刻面岛的发展。
2000-07-13 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.stat-mech
Strain Solitons in an Epitaxially Strained van der Waals-like Material
该研究通过分子束外延技术在InSb基底上外延生长铋，首次实现了应变孤子的可扩展生成，并利用扫描隧道显微镜揭示了其形貌特征与局部应变状态。
2024-01-23 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
Nonlinear evolution of a morphological instability in a strained epitaxial film
沉积在可变形衬底上的应变外延膜经历形态不稳定性，通过表面扩散来松弛弹性能量。这种膜与润湿相互作用的非线性和非局部动力学方程推导和数值求解在二维和三维。在某一临界厚度以上，表面朝向由润湿层分隔的岛的阵列演变。岛的化学势随其体积减小，使系统经历一个不间断的粗化所描述的幂律与显着的尺寸依赖性。
2007-05-16 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.stat-mech
Epitaxial growth of highly strained antimonene on Ag (111)
锑烯是一种具有基础研究和技术应用前景的V族2D材料，其合成仍然具有高度挑战性。到目前为止，它只通过剥离或生长在少数基板上合成。在这项研究中，我们表明可以通过分子束外延在Ag（111）上生长锑烯薄层。高分辨率扫描隧道显微镜结合理论计算表明，沉积在Ag（111）表面的亚单层Sb在退火后形成一层AgSb 2表面合金。Sb在AgSb 2表面合金上的进一步沉积导致Sb的外延层形成，其被识别为具有屈曲蜂窝结构的锑烯。更有趣的是，外延锑烯的晶格常数（5 Ω）比独立锑烯的晶格常数大得多，表明其拉伸应变超过20%。这种大的应变有望使锑烯成为一种非常有希望的室温量子自旋霍尔材料的候选者。
2018-03-27 cond-mat.mtrl-sci
Computation of Strained Epitaxial Growth in Three Dimensions by Kinetic Monte Carlo
本文提出了一种计算有应变时异质外延生长的数值方法。所使用的模型是基于一个固体对固体模型与立方晶格。使用球和弹簧型模型将弹性效应合并。生长的膜是使用动力学蒙特卡罗（KMC），它被假定为在机械平衡的膜演变。在衬底中的应变场计算的精确解，这是有效地使用快速傅立叶变换评估。直接计算了生长膜中的应变场。使用共轭梯度法迭代求解所得到的耦合系统。最后，我们在KMC的实现中引入了各种近似，以提高计算速度。数值结果表明，如果错配足够大，则逐层生长是不稳定的，从而形成三维岛。
2005-01-26 cond-mat.mtrl-sci
Epitaxially strained [001]-(PbTiO$_3$)$_1$(PbZrO$_3$)$_1$ superlattice and PbTiO$_3$ from first principles
从第一性原理出发，研究了立方衬底上[001]-（PbTiO $_3$）$_1$（PbZrO $_3$）$_1$超晶格和纯PbTiO $_3$的层间异质结构和外延应变对晶格不稳定性和相关铁电性能的影响.超晶格的结果表明，相对于纯PbTiO $_3$的单斜r-相的稳定性的增强。密度泛函微扰理论计算的松弛中心对称参考结构的晶格不稳定性的分析表明，这是由于存在两个不稳定的区域中心模式，一个局限于PbTiO $_3$层和一个在PbZrO $_3$层，分别产生平面和正常分量的偏振。零温度的介电响应的计算和示出的增强不仅在相边界附近，但在整个r-相。纯PbTiO $_3$的类似计算的分析与这种解释是一致的，并提出了有用的方法来设计人工结构的钙钛矿氧化物的介电性能。
2003-12-02 cond-mat.mtrl-sci
A rhombohedral ferroelectric phase in epitaxially-strained Hf0.5Zr0.5O2 thin films
经过几十年的研究，可以集成到下一代存储器和逻辑器件的鲁棒纳米级铁电性，基于氧化物的薄膜已经成为最终的候选者，因为它们的铁电（FE）极化随着尺寸的减小而变得更加鲁棒。这揭示了一种新的铁电性，其机制仍然需要理解。为此，需要具有提高的晶体质量的薄膜。本文报道了在（001）取向的La0.7Sr0.3MnO3/SrTiO 3（STO）衬底上外延生长Hf0.5Zr0.5O2（HZO）薄膜。在外延压缩应变下的薄膜主要是（111）取向的，显示出高达34 μC/cm 2的大FE极化值，并且不需要唤醒循环。结构表征揭示了菱形相，不同于通常报道的极性正交相。这一意外的发现使我们能够提出一个令人信服的模型形成的FE相。此外，这些结果指向简单氧化物的纳米颗粒作为一个巨大的未开发的类别的纳米级铁电体。
2018-01-26 cond-mat.mtrl-sci
Strong Tc dependence for strained, epitaxial Ba(Fe1-xCox)2As2 thin films
用脉冲激光沉积法在SrTiO_3、（La，Sr）（Al，Ta）O_3、LaAl O_3和YAl O_3（YAO）单晶衬底上生长了Ba（Fe_（1-x）Cox）_2As_2超导薄膜。所有的膜，除了在YAO上，已经外延生长没有缓冲层。在YAO上沉积的薄膜含有45 °面内旋转晶粒，并表现出宽的超导转变。的膜的起始Tc被观察到增加从16.2 K到24.5 K与增加c/a，主要是由于轻微的变形的AsFe 4四面体。从这种相关性，我们预计，在应变外延膜中，超导转变温度高于24.5 K是可能的。
2009-09-28 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.supr-con
Minimum energy paths for dislocation nucleation in strained epitaxial layers
本文在二维原子模型中数值研究了具有晶格失配的应变外延层中位错成核的最小能量路径和能垒。采用基于排斥势最小化和轻推弹性带方法相结合的鞍点搜索方法，确定了不同过渡路径下从相干态到非相干态的应力松弛过程。最小的能量势垒导致一个单一的失配位错成核的最终状态的确定。观察到强的拉伸-压缩不对称性。这种不对称性可以理解为拉伸应变和压缩应变的性质不同的过渡路径。
2002-05-29 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.stat-mech
Enhanced polarization in strained BaTiO$_3$ from first principles
采用局域密度近似下的密度泛函理论计算了压外延应力下四元BaTiO体材料$_3$的结构、极化和带心声子.使用Berry相位形式主义计算的极化随着四方性的增加而增加，并且发现对于所考虑的最大压缩失配应变（-2.28%），极化增强了近70%。结果预计是有用的分析相干外延BaTiO $_3$薄膜和异质结构生长在钙钛矿衬底具有较小的晶格常数，如SrTiO $_3$。
2002-04-23 cond-mat.mtrl-sci
Magnetic nanostructures by adaptive twinning in strained epitaxial films
我们利用Fe 70 Pd 30磁性记忆合金的内在结构不稳定性，获得具有自组织纳米结构的功能外延薄膜。我们表明，54%的相干外延应变是可能的。薄膜实验和大规模第一性原理计算的结合使我们能够建立一个晶格弛豫机制，这是稳定材料所不期望的。我们确定了一个低的孪晶边界能量相比，一个高的弹性能作为自适应纳米孪晶的关键先决条件。我们的方法是通用的，因为它允许控制铁磁，铁弹和铁电材料的纳米结构和固有特性。
2011-11-24 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Prediction of first-order martensitic transitions in strained epitaxial films
相干外延生长允许产生具有应变结构的晶体膜，所述应变结构在本体中是不稳定的。因此，界面平面中的覆盖层的晶格参数$(a,b)$与其最小能量面外晶格参数$c_{\text{min}}(a,b)$之间的关系不需要是连续的。总能量计算的例子证明了这一一般性陈述。因此，由衬底的选择确定的$c_{\text{min}}$和覆盖层的$c_{\text{min}}$相关的本征性质不能总是以连续的方式调节，如人们可以通过应变外延来实现的那样。采用的外延贝恩路径的模型，我们预测，这种不连续性发生在薄膜中的元素V，Nb，Ru，La，Os，和Ir。$c_{\text{min}}$的突变可以被利用来切换特定的覆盖层材料的属性。我们以V膜的超导临界温度为例证明了这一点，我们预测V膜的超导临界温度在$c_{\text{min}}$的不连续处会跳变20
2015-01-31 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.supr-con
Fully strained epitaxial Ti_{1-x}Mg_xN(001) layers
通过在5 mTorr纯N2中在600 °C下从钛和镁靶反应磁控共溅射在MgO（001）上沉积具有0.00 { \leq } x { \leq } 0.49的Ti 1-xMgxN（001）层。X射线衍射ω-2θ扫描、ω-摇摆曲线、θ-扫描和高分辨率倒易空间图表明，Ti_（1-x）Mg_xN层为岩盐结构单晶，与衬底（001）TiMgN{ \parallel }（001）MgO和[100]TiMgN{ \parallel } [100]MgO具有立方-立方外延关系。厚度d = 35-58 nm的层是完全应变的，面内晶格参数为4.212{ \pm }0.001 μ m，与MgO衬底的晶格参数匹配，而面外晶格参数随着x从TiN（001）的4.251 μ m增加到Ti 0.51 Mg 0.49 N（001）的4.289 μ m。这产生了Ti 1-xMgxN（001）的弛豫晶格参数ao =（1-x）aTiN + xaMgN-bx（1-x），其中aTiN = 4.239 μ m，aMgN = 4.345 μ m，弯曲参数b = 0.113 μ m。相比之下，d = 110-275 nm的较厚Ti 1-xMgxN（001）层部分（纯TiN）或完全（x = 0.37和0.39）弛豫，表明弛豫的临界厚度为50-100 nm。对于具有0.00 { \leq } x { \leq } 0.45的完全应变层，…
2019-01-29 cond-mat.mtrl-sci
Tunability of the dielectric response of epitaxially strained SrTiO3 from first principles
采用局域密度近似下的密度泛函理论计算了面内应变对SrTiO 3外延薄膜非线性介电性质的影响。最近的实验的动机，结构，带中心声子，和介电性能与和没有外部电场的几个失配应变计算的立方晶格参数的± 3%内进行了评估。在这些计算中，面内晶格参数是固定的，并且允许所有剩余的结构参数松弛。通过向每个离子施加与电场成比例的力来近似地处理外部偏压的存在。在得到不同应变下的零场基态结构后，计算了带心声子频率和玻恩有效电荷，得到了零场介电响应。在有限电场偏置下的介电响应通过使用近似技术计算结构和极化的场依赖性而获得。结果与最近的实验和以前的唯象理论。的可调性被发现是强烈依赖于面内晶格参数，拉伸和压缩应变表现出显着不同的行为。我们的研究结果预计将用于隔离的作用，真正的可调应变外延膜。
2004-07-02 cond-mat.mtrl-sci
Increased magnetocrystalline anisotropy in epitaxial Fe-Co-C thin films with spontaneous strain
无稀土合金是永磁体研究的焦点，因为当今常规磁体所需的元素的可及性有限。四方应变铁钴（Fe-Co）由于理论计算而作为有希望的候选者引起了人们的极大兴趣。然而，在实验中，所施加的应变随着膜厚度的增加而迅速松弛，并且阻碍了强磁晶各向异性的稳定。在我们的研究中，我们表明，已经2原子%的碳大大减少晶格弛豫，导致形成自发应变相与3%的tetraorbic失真。在这些应变（Fe $_{0.4}$ Co $_{0.6}$）$_{0.98}$ C $_{0.02}$薄膜中，观察到大于0.4 MJ/m $^3$的磁晶各向异性，同时保持2.1 T的大极化。与二元Fe-Co相比，这是内禀磁性的显著改善。在本文中，我们将我们的实验工作与应变Fe-Co-C的理论研究联系起来，并发现非常一致。
2014-09-17 cond-mat.mtrl-sci
Epitaxially Strained BiMnO3 Films: High-Temperature Robust Multiferroic Materials with Novel Magnetoelectric Coupling
铁电和铁磁有序共存的多铁性材料是磁电应用的理想材料。不幸的是，只有很少的铁电-铁磁多铁性（具有低磁临界温度）被发现。在这里，我们进行第一性原理计算的外延应变沿赝立方[001]方向生长的BiMnO 3薄膜的性能的影响进行调查。与具有中心对称C2/c空间群的体相基态不同，拉伸外延应变稳定了具有大极化（P > 80 μC/cm 2）和高居里温度（Tc预计在169 K和395 K之间）的铁磁和铁电Cc态。更重要的是，在多铁性Cc态中存在一种新颖的本征磁电耦合，易磁化轴可由外部电场控制。
2013-08-09 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Ferroelectricity in epitaxially strained rhombohedral ZrO2 thin films
在过去的十年中，氧化锆和氧化铈基薄膜由于其在纳米尺度下的出乎意料的铁电行为而引起了极大的关注，这有助于铁电器件的缩小。采用离子束溅射法在（111）- Nb：SrTiO 3基片上制备了一种新型的铁电菱面体相ZrO 2薄膜。结构和铁电特性表明，（111）取向的ZrO 2薄膜处于外延压应变下，具有可切换的铁电极化，其矫顽场为1.5 MV/cm，极化强度约为20.2 μC/cm 2。此外，Nb：STO/ZrO 2/Au薄膜电容器的极化反转特性随时间的变化呈现钟形曲线，这是与畴反转相关的铁电薄膜的典型特征。估计的激活场与从极化-电场磁滞回线获得的矫顽场相当。有趣的是，所研究的薄膜本身显示出铁电行为，即，不需要施加唤醒循环，该唤醒循环对于在ZrO 2的常规（正交）铁电相中诱导铁电性是必不可少的。因此，目前的薄膜有一个技术优势，以前研究的铁电ZrO 2薄膜，并可能是有吸引力的纳米铁电器件。
2020-11-05 cond-mat.mtrl-sci
Structural phases of strained LaAlO3 driven by octahedral tilt instabilities
采用第一性原理密度泛函方法研究了外延应变对[001]取向LaAlO 3的影响。我们发现了一系列的结构相变特征在于由不同的模式的AlO 6八面体的倾斜状态之间。通过调整双轴应变从压缩到拉伸，我们诱导的晶体结构中的倾斜轴的变化，从面外到面内，对应于空间群I4/mcm和Imma的演变。我们还研究了通常的双轴外延约束的单轴弛豫的效果，并探讨这作为一种机制，选择性地稳定不同的八面体倾斜模式。
2010-11-19 cond-mat.mtrl-sci
Nanosecond Phase Transition Dynamics in Compressively Strained Epitaxial BiFeO3
在纳秒级电场脉冲作用下，高应变BiFeO 3（BFO）薄膜在不同结构和性质的相之间发生了相变。时间分辨同步辐射X射线显微衍射表明，相之间的稳态变换是伴随着一个动态的组成部分，这是逆转后，删除的字段。稳态测量结果表明，大约20%的体积上生长的BFO薄膜的LaAlO 3衬底上可以可重复地转换之间的菱形和四边形状相的电场脉冲幅度高达2 MV/cm。在电场脉冲结束后，转换被反转的瞬态分量可以转换BFO层的类似部分，并且在受薄膜电容器的充电时间常数限制的时间尺度上快速发生。类四方相的压电膨胀导致高达0.1%的应变，该相的压电系数的下限为10 pm/V。密度泛函理论计算提供了对相变机制的深入了解，表明赋予这种量级的瞬时应变有利于从菱形相到四方相的转变。
2015-10-30 cond-mat.mtrl-sci
Morphological evolution and surface/interface Fe-oxide formation in epitaxial Fe(001)/MgO(001) thin film
本研究利用电子束蒸发在MgO(001)衬底上生长外延Fe薄膜，通过同步进行RHEED与TM测量，分别监测了薄膜的结构与形貌演变。
2024-01-10 cond-mat.mtrl-sci
Wetting effect and morphological stability in growth of short-period strained multilayers
我们探讨了应变多层结构的生长过程中的形态稳定性的动力学模型，该模型描述了弹性场，润湿效应和沉积过程的耦合。我们定量显示的润湿效应的稳定性的显着影响，特别是对于短周期的多层膜。我们的结果与最近在AlAs/InAs/InP（001）系统中的实验观察定性相似。我们也给出了应变平衡多层膜的预测。
2003-06-28 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.stat-mech
Manipulating the anisotropic phase separation in strained VO2 epitaxial films by nanoscale ion-implantation
在相关氧化物材料中控制应变诱导的多晶畴和相变对于高性能器件的制造是非常重要的。虽然可以直接测量宏观尺度下应变氧化物膜中的电子输运，但纳米尺度下的各向异性电子态和跨越绝缘体-金属转变的可控相分离仍然是难以捉摸的。在此，我们选择VO 2晶体薄膜作为原型氧化物，通过在室温下向VO 2薄膜中注入He+纳米束实现了各向异性电子相分离的操纵。此外，这种纳米级的相分离是直接可视化的红外近场成像测量，显示出明显的和独特的CR轴依赖于VO 2表面的各向异性。我们的研究结果为理解应变金属氧化物薄膜中的各向异性纳米级相分离提供了新的见解。
2021-10-05 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Study of strain effect on in-plane polarization in epitaxial BiFeO3 thin films using planar electrodes
外延应变是决定钙钛矿型铁电氧化物薄膜物理性能的重要因素。然而，它是非常具有挑战性的直接测量性能，如极化在应变膜使用传统的三明治电容器设备，因为高的泄漏电流。我们采用了一个平面电极装置，沿不同的电场方向的电极之间具有不同的晶体取向，直接测量全应变薄膜的面内极化-电场（P-E）磁滞回线。在高失配应变（例如-4.4%）下，获得纯Tetrogonal类相，并且其偏振矢量被约束在具有显著大的面内分量（~44 μC/cm 2）的（010）平面中。第一性原理计算是并行进行的，并提供了一个很好的协议与实验结果。我们的研究结果铺平了道路，设计基于T型BFO的面内器件，这里提出的策略可以扩展到研究所有其他类似的应变多铁性薄膜。
2012-10-15 cond-mat.mtrl-sci
Altermagnetic Polar Metallic phase in Ultra-Thin Epitaxially-Strained RuO2 Films
针对交替磁序参数直接观测难题，通过理论分析结合多种实验手段，在RuO₂/TiO₂（110）薄膜中建立相图，发现2 nm应变薄膜中的交替磁极性金属相，证明外延异质结构诱导交替磁性的潜力。
2025-02-14 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Epitaxial growth in dislocation-free strained alloy films: Morphological and compositional instabilities
应变合金膜生长的稳定性和不稳定性机制是理论和实验研究者的共同兴趣。我们考虑无位错，相干，生长的合金薄膜，可以表现出形态不稳定，没有成核。我们调查这样的应变膜通过开发一个非平衡，连续模型和进行线性稳定性分析。薄膜-衬底失配应变、组分应力、沉积速率和生长温度的耦合作用决定了薄膜形貌的稳定性以及表面的亚稳分解。我们考虑了外延生长的一些现实因素，特别是弹性模量的组成依赖性和薄膜的上表面和下体之间的耦合。这些因素的相互作用导致新的稳定性结果。除了以上和以下的相干旋节温度的稳定性图，我们还计算了动力学临界厚度的不稳定性，以及其缩放行为的失配应变和沉积速率的发病。我们将我们的结果应用到一些实际的增长系统，并讨论了最近的一些实验观察相关的影响。
2002-05-23 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.stat-mech
Strained tetragonal states and Bain paths in metals
材料两相之间的四电子态路径，如bcc和fcc，称为贝恩路径。两个简单的贝恩路径可以定义在特殊的施加应力，其中之一直接适用于应变外延膜。每条路径都深入到非线性弹性的范围内，并达到结构固有不稳定的结构参数范围。本文用密度泛函理论识别和分析了这些路径的一般性质。特殊的例子包括钒、钴和铜，并且外延路径用于识别与体相唯一相关的外延膜。
1996-09-25 cond-mat.mtrl-sci mtrl-th
Metallicity and Anomalous Hall Effect in Epitaxially-Strained, Atomically-thin RuO2 Films
本研究通过混合分子束外延制备超薄全应变RuO2异质结构，在低于9 T磁场下观测到显著反常霍尔效应，证实外延应变稳定非补偿磁性，为应变工程磁性和自旋电子学提供新平台。
2025-01-20 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Coherently strained epitaxial YBa$_2$Cu$_3$O$_{7-δ}$ films grown on NdGaO$_3$ (110)
YBa $_2$ Cu $_3$ O $_{7-δ}$是一个很好的候选者，系统地研究高温超导性的纳米工程使用先进的外延。这些研究的一个基本前提是相干应变YBa $_2$ Cu $_3$ O $_{7-δ}$薄膜，我们在这里使用NdGaO $_3$（110）作为衬底。该膜在厚度至少为100 nm时是共格的，并且具有89 $\pm$ 1 K的临界温度。YBa $_2$ Cu $_3$ O $_{7-δ}$的$a$和$b$晶格参数与NdGaO $_3$（110）的面内晶格参数相匹配，导致YBa $_2$ Cu $_3$ O $_{7-δ}$的正交性大大降低。这些结果表明，在$_2$ O $_{7-δ}$的链层中，大量的结构无序对超导电性并不有害.
2018-06-29 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.supr-con
Orbital Occupancy and Hybridization in Strained SrVO$_3$ Epitaxial Films
氧在过渡金属氧化物中的包裹决定了金属-氧杂化和金属轨道上的电子占据。钒酸锶（SrVO $_3$）在$3d$轨道中具有单个电子，被认为是强关联金属氧化物的最简单的例子。在这里，我们确定的SrVO $_3$薄膜的电子性质的外延应变的影响，其中的金属氧化物亚晶格是角连接。使用X射线吸收和X射线线性二色性在V $L_{2,3}$和O $K$ -边缘，它被观察到，拉伸或压缩外延应变改变层次的轨道内的$t_{2g}$和$e_g$流形。数据显示了显著的$2p-3d$杂交，以及应变诱导的V $3d$（$t_{2g}$，$e_g$）轨道重排。后者本身伴随着随后的杂交变化，其调节混合$π^*$和$σ^*$轨道以及金属离子处的载流子群，挑战刚性带图片。
2021-08-26 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Disentangling Strain and Ti3+ Contributions to the Anomalous Hall Effect in Epitaxial RuO2 Films
University of Minnesota−Twin Cities（明尼苏达大学双城分校）；Hankuk University of Foreign Studies（韩国外国语大学）；Kyung Hee University（庆熙大学）；Temple University（天普大学）；Diamond Light Source Ltd.（钻石光源有限公司）；Pacific Northwest National Laboratory（太平洋西北国家实验室）
本研究通过Ti合金化RuO2异质结构分离应变与Ti3+贡献，发现仅Ti3+不足以产生反常霍尔效应，外延应变通过改变巡游电子结构成为主导控制参数。
2026-09-17 cond-mat.mtrl-sci
Ab initio phase diagram of BaTiO$_3$ under epitaxial strain revisited
我们重新审视的BaTiO $_3$双轴应变下使用基于第一性原理的有效哈密顿方法的相图。我们发现，除了四方（$c$），准菱面体（$r$），准正交（$aa$）铁电相，已经讨论过，有温度和应变区域，特别是在拉伸应变下，系统分解成多域结构。在这种情况下，应变系统，至少在局部水平上，恢复与未夹紧的块状材料相同的相序。此外，我们将这些结果从“均匀”双轴应变的情况下，两个面内晶格常数应变不同的情况下，并表明，类似的考虑适用于这种情况下。
2015-07-20 cond-mat.mtrl-sci
Tuning the multiferroic mechanisms of TbMnO3 by epitaxial strain
磁电多铁性领域中的当前挑战是识别允许显示不同磁电响应的状态的受控调谐的系统。在这里，我们表明，原型的多铁性TbMnO 3的多铁性基态的外延应变显着修改。中子衍射结果表明，在高应变薄膜中，磁序从体块状的无公度bc-旋轮结构转变为公度磁序。伴随着磁基态的改变，光学二次谐波产生（SHG）和电学测量表明铁电极化的巨大增加，并且其方向从沿c轴到a轴的变化。我们的研究结果表明，多铁性的急剧变化的结果从开关的自旋电流磁电耦合在体TbMnO 3的对称磁致伸缩外延应变TbMnO 3。实验结果表明，外延应变可以用来控制单相自旋驱动的多铁性态。
2017-03-25 cond-mat.mtrl-sci
Epitaxial binding and strain effects of monolayer stanene on the Al$_{2}$O$_{3}$(0001) surface
锡烯是锡的二维单层结构，由于其大的自旋-轨道相互作用，被预测为二维拓扑绝缘体。然而，一个明确的实验证明的锡烯的拓扑非平凡的性质已经逃避观察，部分原因是因为难以选择一个基板上的锡烯将保持拓扑非平凡的。在本文中，我们提出了第一性原理密度泛函理论（DFT）计算的外延单层锡烯生长在（0001）表面的氧化铝，Al $_{2}$ O $_{3}$，以及独立的装饰锡烯下的应变。通过描述单层锡烯如何与氧化铝结合的能量学和性质，我们展示了单层相干应变和外延到衬底的强大能量驱动。通过分析应变锡烯的电子结构，发现它是Al $_{2}$ O $_{3}$上的量子自旋霍尔绝缘体。我们还描述了\emph{in situ}氟装饰上的绑定锡烯单层，包括其潜在的机械剥离的效果。
2022-01-26 cond-mat.mtrl-sci
Unexpected antagonism between ferroelectricity and Rashba effects in epitaxially strained SrTiO$_3$
基于第一性原理模拟发现，外延压应变SrTiO$_3$铁电相中极性位移引起的晶体场会湮灭Rashba效应，导致二者出现意外拮抗，使Rashba系数受限。
2023-11-22 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Engineering Ferroelectric Hf0.5Zr0.5O2 Thin Films by Epitaxial Stress
证明了外延应力对氧化物铁电正交相稳定性的重要影响。Hf0.5Zr0.5O2和La0.67Sr0.33MnO3电极的外延双层生长在一组单晶氧化物001取向的，立方或伪立方设置，晶格参数在3.71 - 4.21 A范围内的衬底上。La0.67Sr0.33MnO3电极的晶格应变，由晶格失配与衬底，是关键的正交相Hf0.5Zr0.5O2的稳定。在La0.67Sr0.33MnO3电极拉伸应变的Hf0.5Zr0.5O2膜的大部分是正交的，而单斜相是有利的，当La0.67Sr0.33MnO3松弛或压缩应变。因此，在TbScO3和GdScO3衬底上的Hf0.5Zr0.5O2膜与在其它衬底上的膜（包括常用的SrTiO 3）相比呈现显著增强的铁电极化。具有外延掺杂HfO2薄膜与控制相位和极化的能力是主要的兴趣，为更好地理解铁电性能，并为基于纳米HfO2薄膜的铁电器件的制造铺平了道路。
2019-09-04 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
Large epitaxial bi-axial strain induces a Mott-like phase transition in VO2
VO 2的金属-绝缘体相变（MIT）是近年来研究的一个重要课题。一般认为VO 2材料的MIT机制是Mott-Peierls相变，但应变对相变的影响要复杂得多。在这项研究中，大应变对VO 2薄膜的性能的影响进行了研究。一个显著的结果是，高应变的外延VO 2薄膜在绝缘状态下以及在金属状态下是金红石。这些高应变的VO 2薄膜经历了电子相变，没有伴随的Peierls转变。我们的研究结果还表明，一个非常大的拉伸应变沿c轴的金红石VO 2导致的相变温度为433 K，远高于任何以前的报告。我们的研究结果表明，VO 2的金属绝缘体转变可以单独由电子跃迁驱动，而不是典型的耦合电子结构转变。
2014-06-28 cond-mat.mtrl-sci
Epitaxially strained ultrathin LaNiO$_3$/LaAlO$_3$ and LaNiO$_3$/SrTiO$_3$ superlattices: a density functional theory + $U$ study
本文利用第一性原理计算研究了外延应变下镍酸盐超晶格的电子结构，发现基态性质显著依赖于关联强度和应变，揭示了从反铁磁绝缘态到铁磁轨道有序态的转变。
2023-04-10 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
