Nanoscale polarization switching mechanisms in multiferroic BiFeO$_3$ thin films
利用压电响应力显微镜研究了具有本征“条状”和"气泡状“多畴结构的BiFeO $_3$多铁性薄膜的铁电开关。使用由扫描探针显微镜尖端施加的局部电场，我们观察到反转的平面外和平面内的偏振分量，与最终的域状态取决于尖端扫描方向。在"气泡状“样品中，实现了偏振的完全控制，面内偏振变化通过面外偏振反转来调节和稳定。在"条状“样品中，本征畴结构影响极化转换，并且在没有面外变化的情况下可能发生面内反转。观察到的开关行为可以很好地与尖端施加的高度不均匀电场的径向和垂直分量相关。
2009-07-27 cond-mat.mtrl-sci
Effect of uniaxial compressive stress on polarization switching and domain wall formation in tetragonal phase BaTiO3 via machine learning potential
Department of Materials Engineering, the University of Tokyo（东京大学材料工程系）；Institute of Industrial Science, the University of Tokyo（东京大学工业科学研究所）
研究通过机器学习势探讨单轴压缩应力对BaTiO3四方相极化开关和畴壁演化的影响，发现约120 MPa的临界应力触发90度极化开关，且压缩应力降低剩余极化和矫顽场，80 MPa时出现双滞回环。
2026-01-19 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Mechanical Switching of Nanoscale Multiferroic Phase Boundaries
调节纳米功能晶体的晶格自由度对于利用新兴功能如压电性、形状记忆效应或压磁性是至关重要的，这些功能归因于固有的晶格-极性或晶格-自旋耦合。在这里，据报道，一个机械探针可以是一个动态的工具来切换的铁性顺序在纳米级的多铁性相边界BiFeO 3与相混合物，其中该材料可以可逆地转换之间的“软”的四方形和“硬”的菱面体状结构。多铁性相界的非易失性机械开关与面内铁电极化的可逆180°旋转的微观起源是纳米级压力诱导的弹性形变和跨多铁性相界的自发应变梯度的重构。利用纯机械刺激实现室温多铁性有序的可逆控制，为实现势能转换和传感应用提供了一条新的途径。
2017-09-27 cond-mat.mtrl-sci
Nanoscale ferroelectricity in pseudo-cubic sol-gel derived barium titanate -- bismuth ferrite (BaTiO$_3$-BiFeO$_3$) solid solutions
采用柠檬酸和乙二醇辅助溶胶-凝胶法制备了钛酸钡-铁酸铋（（1-x）BaTi $_3$ -（x）BiFe $_3$，BTO-BFO）固溶体。根据掺杂剂的含量，样品的特征在于由四面体，四方-伪立方，伪立方和菱面体结构的拉曼光谱和XRD测量证实。BFO含量的增加导致晶胞参数的降低，伴随着晶胞的极性畸变的降低，其中平均粒度从60 nm增加到350 nm。X-射线衍射分析表明，该化合物的晶体结构没有极性畸变，但具有假立方结构，具有非零的压电响应。讨论了所观察到的不可忽略的压电响应的起源，假设纳米级的极性和非极性相的共存归因于具有高BFO含量的固溶体。具有极性和非极性特征的纳米尺度区域的共存被认为是增加相关化合物中的宏观压电响应的关键因素，这是由于畴壁和相边界的流动性增加。
2020-11-25 cond-mat.mtrl-sci
Microscopic origin of bipolar resistive switching of nanoscale titanium oxide thin films
我们报告了一个直接观察的微观起源的双极电阻开关行为的纳米氧化钛薄膜。通过高分辨透射电子显微镜、能量过滤透射电子显微镜的分析TEM技术和原位X射线光电子能谱学，我们证明了氧离子通过氧化钛层和顶部Al金属电极之间的氧化还原反应堆积在顶部界面处。我们还发现在开关过程中氧离子的漂移导致了二氧化钛薄膜的双极阻变。
2009-08-25 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Competing Mechanisms between Dislocation and Phase Transformation in Plastic Deformation of Single Crystalline Yttria-Stabilized Tetragonal Zirconia Nanopillars
采用分子动力学方法研究了单晶氧化钇稳定的四氧化锆纳米柱在单轴压缩下的塑性形变机制。模拟结果表明，YSTZ的纳米级塑性形变强烈依赖于氧化锆纳米柱的晶体取向。在某些特定的加载方向上，首次通过分子动力学模拟再现了实验探索的四斜晶系到单斜晶系的相变。当沿不同方向施加压缩载荷时，确定了位错、相变以及位错和相变的组合的三种不同机制。氧化锆纳米柱的强度表现出依赖于失效机制的敏感行为，使得位错介导的变形导致最低强度，而相变主导的变形导致最高强度。
2016-07-11 cond-mat.mtrl-sci
Effect of Pt bottom electrode texture selection on the tetragonality and physical properties of Ba0.8Sr0.2TiO3 thin films produced by pulsed laser deposition
本研究通过脉冲激光沉积制备Ba0.8Sr0.2TiO3薄膜，发现Pt底电极的（111）织构增强薄膜四方性，并影响介电、铁电及漏电流等物理性能。
2025-01-21 cond-mat.mtrl-sci
Nanoscale quantum imaging of field-free deterministic switching of a chiral antiferromagnet
Georgia Institute of Technology（佐治亚理工学院）；University of Michigan（密歇根大学）；University of California, Davis（加州大学戴维斯分校）；National Institute for Materials Science（物质材料研究机构）；Colorado State University（科罗拉多州立大学）
本研究利用自旋轨道扭矩在手性反铁磁体Mn3Sn中实现无场确定性磁化切换，并通过量子显微镜观察到高达90%的磁切换比。
2025-05-28 cond-mat.mtrl-sci
Nucleation Theory of Magnetization Switching in Nanoscale Ferromagnets
讨论了具有高局域各向异性的单畴铁磁纳米颗粒中磁化翻转的成核图像。成核理论的相关方面，强调的颗粒尺寸的切换动力学的影响。该理论说明了蒙特卡罗模拟，并与单粒子的实验。
1997-05-19 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.stat-mech
Strain-gradient-induced switching of nanoscale domains in free-standing ultrathin films
我们报告的第一原理原子模拟的影响，局部应变梯度的纳米级域形态的独立PbTiO $_3$薄膜。首先，回顾了原子水平上自由薄膜的铁电性质。对于探索的厚度（10至23个晶胞），我们发现磁通闭合域结构的形态是厚度依赖。观察到20个晶胞的临界值：较薄的膜显示具有90个$^\circ$结构域环的结构，而较厚的膜另外形成180个$^\circ$结构域壁，产生Landau-Lifshitz型结构。当在顶面处施加局部和压缩应变梯度时，梯度能够切换向下畴的极化，但不能切换到相反的极化。因此，作为应变梯度强度的函数的畴图案的演变取决于膜厚度。我们的模拟结果表明，在较薄的薄膜，第一个90 $^\circ$域环迁移向应变梯度区，然后在该区域的极化逐渐切换。相反，在较厚的膜中，应变梯度区域中的切换是渐进的，不涉及畴壁运动，这归因于较不移动的180 $^\circ$畴壁。铁电开关的理解的基础上的知识的本地原子属性，结果证实，机械挠曲电提供了一种手段来控制铁电系统中的纳米畴图案。
2014-08-21 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
Polarization Rotation, Switching and E-T phase diagrams of BaTiO$_3$: A Molecular Dynamics Study
我们利用分子动力学模拟来了解铁电体BaTiO $_3$在外加电场下的极化反转机制。对于四方晶系和正交晶系铁电相，我们确定了开关路径，并表明通过中间单斜相的极化旋转（a）有利于在低场（b）的切换是负责在极化切换急剧各向异性。我们通过确定详细的电场-温度相图来理解这一点，这对基于铁电体的机电和开关响应的技术应用至关重要。
2008-09-17 cond-mat.mtrl-sci
Thickness-dependent polarization of strained BiFeO3 films with constant tetragonality
我们用低能电子和光电子发射显微镜测量了BiFeO 3薄膜中铁电畴的剩余极化，其厚度可达3.6 nm。在连续介质理论预测的5-7 nm的临界厚度以下，测得的偏振强烈衰减，而四角畸变没有改变。我们解决这个明显的矛盾，使用基于第一性原理的有效哈密顿计算。在超薄膜中，接近开路电边界条件的能量学，即未屏蔽的去极化场，驱动系统通过从单一面外极化到纳米级条带域的相变，从而产生如通过电子显微镜测量的接近于零的平均剩余极化，同时保持由非-每个单独域的零极化状态。
2013-01-03 cond-mat.mtrl-sci
Laser-induced helicity and texture-dependent switching of nanoscale stochastic domains in a ferromagnetic film
Radboud University（拉德堡德大学）；Johannes Gutenberg University Mainz（美因茨约翰内斯古腾堡大学）；NT-MDT BV（NT-MDT有限公司）；Lancaster University（兰卡斯特大学）
本研究通过激光诱导磁性纹理的随机域切换，揭示了手性和纹理对纳米尺度磁性调控的影响。
2024-12-16 cond-mat.mtrl-sci
A Critical Analysis of the Feasibility of Pure Strain-Actuated Giant Magnetostrictive Nanoscale Memories
基于通过应力脉冲操纵超磁致伸缩纳米磁体的存储器的概念由于其在高存储密度极限中的超低能量操作的潜力而获得了最近的关注。在这里，我们讨论的事实，这种材料的吉尔伯特阻尼通常是相当高的，使这样的存储器的可行性。我们报告的几类肘节进动和非肘节耗散磁弹性开关模式的数值模拟结果。分析了几个类别中的每一个的材料候选物，并采用了各向异性能量密度的形式和适合于每个材料类别的材料参数的范围。我们的研究表明，吉尔伯特阻尼以及各向异性和退磁能量都是至关重要的，以确定磁弹性切换模式的进动开关方案的可行性。热稳定性和热波动的作用，应力脉冲开关的超磁致伸缩纳米磁体也进行了详细讨论，并被证明是重要的磁致伸缩开关方案的可行性，设计和足迹。
2015-10-06 cond-mat.mtrl-sci
Active Plasmonics: Controlling Signals in Au/Ga Waveguide using Nanoscale Structural Transformations
我们开发了一个新的概念，积极的等离子体激元利用纳米结构转换，这是支持严格的数值分析。我们表明，表面等离子体极化激元信号在金属上的介质波导包含一个几微米长的镓部分，可以有效地控制通过切换镓的结构相。切换可以通过改变波导温度或通过外部光激励来实现。信号调制深度可以超过80%，开关时间预计将在皮秒-微秒的时间尺度。
2003-10-22 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Switching times of nanoscale FePt: finite size effects on linear reversal mechanism
在FePt晶粒的线性反转机制，从2.316 nm到5.404 nm的范围内，已模拟使用原子自旋动力学，参数化从头计算。居里温度和发生线性反转机制的临界温度（T*）随系统尺寸的增大而减小，而温度窗口T* < T < TC增大。接近居里温度的反转路径已被计算，表明对于减小系统尺寸的反转路径在较低的温度下变得更加椭圆，与有限尺寸效应引起的居里温度的降低一致。最小脉冲持续时间的计算显示更快的切换在小晶粒和定性描述的Landau-Lifshitz-Bloch方程与有限尺寸的原子参数化，这表明，多尺度建模FePt的晶粒尺寸为~ 3.5 nm是可能的。
2015-04-14 cond-mat.mtrl-sci
Manipulation of magnetic domain wall by ferroelectric switching: Dynamic magnetoelectricity at the nanoscale
使用电压控制磁性对于应用是高度期望的，但是由于极性和磁性之间的根本矛盾而仍然具有挑战性。在这里，我们提出了一种机制，操纵磁畴壁亚铁磁或铁磁多铁性使用电场。与基于静态畴级耦合的研究不同，本文的磁电耦合依赖于畴壁周围的协同自旋动力学。伴随着极化反转驱动的自旋手征反转，在纳米尺度上实现了畴壁的“滚下坡”运动，从而局部调谐了磁化强度。该机制为通过自旋动力学实现实用、快速的逆磁电函数开辟了一条新的途径。
2021-02-25 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Spin-Transfer Effects in Nanoscale Magnetic Tunnel Junctions
我们报告测量的磁性开关和稳态磁旋进驱动的自旋极化电流在纳米磁性隧道结低电阻，< 5欧姆微米平方，障碍。磁开关所需的电流密度与全金属自旋阀器件的值相似。在隧道结中，自旋转移驱动的开关可以发生在足够高的电压，以淬灭隧道磁阻，表明电流保持自旋极化在这些电压。
2004-04-02 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Material-Limited Switching in Nanoscale Ferroelectrics
本文通过将铁电电容器缩小至纳米尺度，揭示了钙钛矿、萤石和纤锌矿结构铁电体的本征极化开关速度极限，其中 LaBiFeO3 最快约150 ps，并提出了达到材料限制型开关状态的标准。
2025-08-16 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Nanoscale compositional evolution in complex oxide based resistive memories
基于功能氧化物的电阻存储器被认为是下一代高密度数据存储和神经形态应用的潜在候选者。需要对功能氧化物中的组成变化的基本理解来调整电阻切换特性以增强存储器性能。在这里，我们提出了微/纳米结构和组成的变化，在电阻氧化物存储器在电阻切换过程中引起的。基于缺氧非晶铬掺杂钛酸锶（Cr：$a$ $_{3-x}$）的阻变存储器在Ti/Cr：$a$ $_{3-x}$异质结构中制造，并经受不同的偏置条件以设置存储器状态。基于透射电子显微镜的存储器件在不同的存储状态的横截面分析表明，微/纳米结构的变化，在非晶复合氧化物和相关的氧化还原过程定义的电阻开关行为。这些实验结果为参考文献[1]提供了见解和支持材料。
2018-06-30 cond-mat.mtrl-sci
Exploring nanoscale metallic multilayer Ta/Cu films: Structure and some insights on deformation and strengthening mechanisms
本研究通过磁控溅射制备周期6-80 nm的Ta/Cu纳米多层膜，结合压痕、TEM和rCLS模型揭示其塑性变形主要集中于软Cu层，位错难以穿越非共格界面。
2025-08-26 cond-mat.mtrl-sci
Stochastic model of dispersive multi-step polarization switching in ferroelectrics due to spatial electric field distribution
本文提出了一个四方晶系铁电陶瓷极化反转的随机模型，该模型包含了90°和180°的顺序反转过程，并考虑了电场空间分布不均匀引起的特征反转时间的离散性。它提出了合并最近的多步随机机制（MSM）与早期的核限制开关（NLS）和非均匀场机制（IFM）模型。新的模型提供了一个更好的描述，同时极化和应变响应在一个宽的时间窗口和更深入的洞察微观开关机制，作为示例性的显示，通过比较与锆钛酸铅的测量。
2019-04-26 cond-mat.mtrl-sci
Subcritical switching dynamics and humidity effects in nanoscale studies of domain growth in ferroelectric thin films
利用偏压扫描探针显微镜研究了c轴取向外延Pb（Zr $_{0.2}$ Ti $_{0.8}$）O $_3$薄膜的铁电畴反转。虽然线性和对数依赖的域大小的尖端偏置和写入时间，分别是众所周知的，我们报告了一个额外的线性依赖相对湿度在28-65%的范围内。我们映射出的开关域的大小作为一个函数的尖端偏置和施加的脉冲时间，并描述了一个生长限制制度非常短的脉冲和成核限制制度非常低的尖端偏置。使用“中断开关”的测量，我们探测的成核制度与亚临界脉冲，并确定了一个令人惊讶的长弛豫时间的顺序为100毫秒，我们涉及到离子的重新分配的表面上和薄膜本身内。
2015-01-12 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Optical Switching in Tb/Co-Multilayer Based Nanoscale Magnetic Tunnel Junctions
本文展示了基于Tb/Co多层膜的纳米尺度磁隧道结的光学开关，通过90飞秒激光脉冲实现单次磁化翻转，并结合电学读出验证了尺寸依赖的开关特性，为超快自旋电子器件提供实验支持。
2022-12-19 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Out-of-Plane Resistance Switching of 2D Bi2O2Se at Nanoscale
二维硒氧化铋（Bi_2O_2Se）具有高电子迁移率，在纳米电子学领域具有巨大的应用潜力。虽然Bi2O2Se的面内性质已被广泛研究，但其面外电输运行为仍然难以捉摸，尽管它在制造具有新功能和高集成密度的器件中具有重要意义。本文利用导电原子力显微镜研究了二维Bi_2O_2Se纳米尺度下的离面电学性质。我们发现，具有可调的高度和大小的小丘后，施加垂直电场形成的Bi2O2Se。有趣的是，这样的小丘是在垂直方向上导电，导致以前未知的面外电阻切换在厚的Bi 2 O2 Se薄片，而欧姆导电特性在薄的。此外，我们观察到的转变，从双极到稳定的单极导电厚Bi2O2Se薄片具有这样的小丘，这表明其潜在的功能作为一个选择器在垂直设备。我们的工作揭示了2D Bi2O2Se独特的面外输运行为，为基于这种新兴的2D材料制造垂直器件提供了基础。
2021-08-30 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Nanoscale Self-Healing Mechanisms in Shape Memory Ceramics
形状记忆（SM）陶瓷，例如氧化钇稳定的四氧化锆（YSTZ），是一种独特的SM材料家族，其提供独特的性质，包括超高工作温度和高耐化学腐蚀性和氧化性。然而，通常在SM陶瓷中在制造过程中和/或通过机械变形观察到缺陷的形成。为了充分利用这些陶瓷的SM性能，有必要充分了解外部刺激下缺陷的纳米结构演变。在这项研究中，缺陷闭合行为在YSTZ纳米柱的原子模拟研究。选择[011-]和[001]两个特征取向分别代表相变和位错迁移的主要变形机制。随着裂纹和空洞的存在，纳米柱的强度和屈服应变显著降低，特别是对于[011-]取向的YSTZ纳米柱。观察到与四方晶系到单斜相转变相关的体积膨胀促进裂纹和空隙的愈合。原子应力分析揭示了沿着新形成的单斜相带的应力集中。确定了一个临界裂纹宽度，小于该宽度裂纹在压缩时可以完全闭合。尺寸效应研究表明，纳米柱尺寸的增加对裂纹自愈合行为有积极的影响。对于[001]取向的YSTZ纳米柱，位错迁移导致非晶相的形成，这也有助于裂纹和空隙闭合过程。揭示的裂纹/空洞愈合机制可能提供了一个路径，以减轻内部缺陷，影响SM陶瓷的机械性能和变形机制。
2018-12-28 cond-mat.mtrl-sci
Switching of magnetic domains in a noncollinear antiferromagnet at the nanoscale
研究Mn3Sn薄膜中反铁磁畴的纳米尺度切换，发现大磁场仅诱导部分磁有序且不可切换部分具有单向各向异性，并揭示了其多易磁化轴切换及晶界钉扎行为。
2024-09-23 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Fine-grid Simulations of Thermally Activated Switching in Nanoscale Magets
采用对Landau-Lifshitz-Gilbert方程进行数值积分的方法，研究了单畴纳米磁体在外加磁场快速变化时的动态响应.模拟可以解决纳米磁体内的磁化模式，并使用快速多极方法来有效地计算偶极-偶极相互作用。当外加磁场小于零温矫顽场时，热涨落在反转过程中起重要作用。在这种情况下，柱状纳米磁体被发现通过局部卷曲模式，涉及域壁的形成和传播反转。使柱子的末端变细以减少避极效应改变了所涉及的能量，但没有改变基本过程。开关时间的统计分布很好地描述了由独立的成核和随后的增长的区域反转磁化在两端的支柱。
2000-07-17 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.stat-mech
Polarization Screening Effect on Local Polarization Switching Mechanism and Hysteresis Loop Measurements in Piezoresponse Force Microscopy
压电响应力谱（PFS）已成为探测纳米尺度上的极化动力学的有力工具。施加直流偏压到与铁电表面接触的纳米级探针导致铁电畴在探针顶点下方成核和生长。后者影响由探针检测的局部机电响应。由此产生的磁滞回线包含局部铁电开关的信息。PFS数据的自洽分析需要（a）导出畴成核的热力学参数和（b）建立畴参数与PFM信号之间的关系。本文分析了畴壁屏蔽效应对局域极化反转机制的影响。结果表明，屏蔽不仅控制了畴形核激活能，而且控制了磁滞回线饱和速率。
2007-02-08 cond-mat.mtrl-sci
Nanoscale resistive switching in electrodeposited MOF Prussian blue analogs driven by K-ion intercalation probed by C-AFM
Université catholique de Louvain (UCLouvain)（天主教鲁汶大学）；University of Applied Sciences Zwickau（茨维考应用技术大学）；Universidad de Granada（格拉纳达大学）；Universitat de Valencia（瓦伦西亚大学）
研究通过C-AFM揭示了K离子插层在普鲁士蓝类材料中的纳米级电阻开关机制，展示了其可调性和应用潜力。
2026-04-23 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Effects of current on nanoscale ring-shaped magnetic tunnel junctions
我们报道了纳米环形磁性隧道结中电流驱动磁化翻转的观测和微磁学分析。当电流密度超过$6\times 10^{6}$ A/cm $^2$数量级的临界值时，两个磁环的磁化可以在平行和反平行洋葱状态之间来回切换。理论分析和微磁学模拟表明，电流驱动开关的主要机制是自旋力矩，而不是电流诱导的圆形奥斯特场。
2008-04-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Nanoscale reversal of stable room temperature ferroelectric polarization in organic croconic acid thin films
在2010年发现，在有机铁电体中，晶体形式的克酮酸具有最高的极化。在从电子设备中消除有毒物质的背景下，克酮酸作为可升华的无铅铁电体具有很大的潜力。然而，其薄膜的铁电性能的研究仅处于早期阶段，其在纳米器件中的能力是未知的。在这项工作中，我们证明，在纳米铁电开关，稳定和持久的室温极化，没有泄漏电流的克酮酸薄膜。因此，我们表明，它是一个很有前途的无铅有机铁电集成在纳米器件。具有挑战性的开关电流和极化反转表征在纳米级的压电响应力显微镜，极化开关电流谱和并发机电应变响应的独特组合。事实上，这种组合可以帮助合理化，否则不对称的极化电压数据和失真的滞后，由于低于背景噪声的电流跳跃，这是统计上洗掉宏结，但在纳米尺度变得普遍。这些结果是有效的，无论铁电体的性质，有机或无机。除了克酮酸作为生态铁电材料在器件中的潜力之外，我们对清晰的纳米级极化开关电流的检测为纳米级极化反转机制的基本理解和技术应用铺平了道路。
2021-04-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
High-resolution diffraction reveals magnetoelastic coupling and coherent phase separation in tetragonal CuMnAs
TetraxylCuMnAs是第一个反铁磁体，据报道，Néel矢量的重新取向是通过逆自旋电流效应发生的。在形成纯相的四相CuMnAs中的一个复杂因素是形成具有几乎相同化学计量的正交相。据报道，在传统的固态合成反应中，纯相四元CuMnAs需要过量的Cu来维持单相。在这里，我们表明，衍射图案的信号普遍的不均匀性和相分离的细微差异，即使在富铜的Cu $_{1.18}$ Mn $_{0.82}$ As。从量热法和磁强计测量，我们确定了两个转变对应的内尔温度（T $_N$）和反铁磁弱铁磁过渡在Cu $_{1.18}$ Mn $_{0.82}$ As和CuMn $_{0.964}$ As $_{1.036}$。这些转变具有清晰的晶体学特征，在原位加热和冷却时在晶格参数中可直接观察到。的不溶性和相分离可能会出现从spinoidal分解，发生在高温下，和近室温的铁磁转变的存在下，值得进一步调查其对电气开关行为的影响。
2022-09-22 cond-mat.mtrl-sci
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
Interface-Controlled Ferroelectricity at the Nanoscale
最近的实验结果表明，在薄膜中，铁电性持续到几个晶胞的膜厚度。这一发现为基于超薄铁电体的新型电子器件开辟了一条道路，但也提出了有关控制铁电性的因素和纳米级铁电状态的性质的问题。在这里，我们报告的第一性原理研究KNbO 3铁电薄膜放置在两个金属电极，无论是SrRuO 3或Pt。我们发现，铁电-金属界面的键合对原子的位移施加了严格的约束，破坏了铁电薄膜中的体四极软模。然而，这并不消除局部极化。如果界面键合足够强，则基态表示由两个界面处的本征相反取向的偶极矩驱动的铁电双畴结构。虽然KNbO 3膜的净极化的临界厚度是有限的-对于Pt约为1 nm，对于SrRuO 3电极约为1.8 nm-局部极化持续到单位电池的厚度。
2005-10-21 cond-mat.mtrl-sci
Recent Developments in Electromechanical Probing on the Nanoscale: Vector and Spectroscopic Imaging, Resolution, and Molecular Orientation Mapping
电和机械现象之间的强耦合以及可切换极化的存在使得铁电材料能够应用于非易失性存储器（FeRAM）、数据存储和铁电光刻。了解无机铁电体的局部功能，包括晶体取向，压电响应，弹性和极化切换机制，需要探测材料的结构和性能上的一个单一的铁电颗粒或域的水平。在这里，我提出了最近的研究机电，机械和光谱表征铁电材料的扫描探针显微镜。三维机电成像，称为矢量压电响应力显微镜，提出。分析了金属烤瓷的纳米电力学，包括耦合电弹场结构和针尖-表面接触力学。这建立了一个完整的连续介质力学描述的PFM和原子力声学显微镜成像机制。分析了局域极化开关的机理。磁滞回线的形状被示出由形成的瞬态域下面的尖端，其大小与尖端偏置的增加。介绍了一种能反映开关过程相关特性的光谱成像技术，如压印偏压、钉扎强度、反射率和饱和响应等。最后，介绍了PFM和矢量PFM成像中局部晶体学和分子取向和无序的分辨率。
2005-11-15 cond-mat.mtrl-sci
Room Temperature Nanoscale Ferroelectricity in Magnetoelectric GaFeO3 Epitaxial Thin Films
我们展示了室温铁电性的磁电GaFeO 3的外延薄膜。压电力的测量结果表明，180度相移的piezoresponse开关时的电场表示纳米级铁电性外延薄膜的镓铁氧体。此外，在存在和不存在外部磁场的情况下的温度相关阻抗分析清楚地揭示了跨磁转变温度的显著磁介电效应。此外，我们的第一性原理计算表明，铁离子不仅负责亚铁磁性，如前所述，但也引起了所观察到的铁电性，使GFO一个独特的单相多铁性。
2013-07-31 cond-mat.mtrl-sci
A Boltzmann statistical approach for the analysis of polarization states in mixed phase ferroelectric materials: application to morphological phase boundary
本文提出结合Landau自由能与Boltzmann统计分析的方法，定量评估复杂机电载荷下混合相铁电体不同畴变体的体积分数，揭示了MPB附近多晶材料的畴与相演化及其对宏观应变响应的贡献。
2025-01-29 cond-mat.mtrl-sci
Nanoscale polarization manipulation and imaging in ferroelectric Langmuir-Blodgett polymer films
由于人们对凝聚态系统中自发有序的基本性质的浓厚兴趣，以及铁电薄膜在机电换能器、红外成像传感器和非易失性随机存取存储器等方面的许多实际应用，纳米尺度下的铁电性行为是日益增长的研究活动的焦点。铁电性，与其同名的铁磁性类似，是一些晶体系统在没有外部电场的情况下保持永久但可逆的电极化的性质。在纳米尺度下的压电响应的成像和动力学可能是探测极化的最直接的手段，如已经在许多薄膜和纳米结构中证明的。在这里，我们报告使用piezoresponse力显微镜（PFM）和开关光谱PFM（SSPFM）图像的铁电性能，畴结构，和极化开关的铁电Langmuir-Blodgett膜的聚（偏氟乙烯-三氟乙烯）（P（VDF-TrFE））共聚物。P（VDF-TrFE）薄膜的PFM成像显示铁电畴尺寸在25-50 nm的量级，并且成像分辨率低于5 nm。地形和PFM图像的特征尺寸是可比的，并且均匀偏振区域的边界与地形特征一致。任意偏振模式可以重复写入和擦除，写入分辨率受晶粒尺寸的限制。来自各个畴的磁滞回线显示出明显的矫顽电压，但在+/-10 V振幅下没有很好地饱和。
2006-11-21 cond-mat.mtrl-sci
Correlated and uncorrelated nanoscale heterogeneities in L1_0 solid solutions and their signatures from local and extended probes
以NiMn合金为例，研究了二元合金中化学有序L1_0结构和化学无序结构的共存。理论和数值预测的签名，人们可能会期望从本地和扩展探针的数据，在试图解释存在的反铁磁性NiMn时，没有L1_0签名出现在衍射数据。考虑两种情况，第一种情况下，其中的tetrahydronyll_0结构和fcc化学无序结构均匀分布到指定的平均直径的不相关的域。的衍射极限，低于这两种结构只能区分使用本地探针，量化相对于域直径通过应用简单的衍射分析。在第二种情况下，需要具有不同方向的化学有序结构域来保持它们彼此之间的原子相干性。数值处理是用来说明从弹性能量的考虑，结果的远程应变，结构因子（扩展探针）和对分布函数（本地探针）的影响进行了研究。
2006-04-06 cond-mat.mtrl-sci
Modulating Curie Temperature and Magnetic Anisotropy in Nanoscale Layered Cr_{2}Te_{3} Films: Implications for Room-Temperature Spintronics
纳米尺度的层状铁磁体已经表现出迷人的二维磁性，直到原子层，为研究基础物理和自旋电子学应用提供了一个特殊的自旋有序的操场。然而，用于生长具有设计的磁特性的膜的策略还没有很好地建立。在此，我们提出了一种通用的方法来控制居里温度（T_{C}）和磁各向异性的生长过程中的超导Cr_{2} Te_{3}薄膜。我们证明增加的TC从165 K到310 K同步磁各向异性切换从面外取向到面内的，分别通过控制Te源通量在薄膜生长过程中，导致不同的c-晶格参数，同时保持化学计量和薄膜的厚度。我们使用X射线磁性圆二色性分析，将这种磁各向异性的调制归因于轨道磁矩的切换。我们还推断，不同的c-晶格常数可能是负责磁各向异性的变化，理论计算支持。这些研究结果强调了潜在的可吸收的Cr_{2} Te_{3}薄膜作为候选开发室温自旋电子学应用和类似的生长策略可以适用于制造其他纳米级层状磁性化合物。
2021-04-06 cond-mat.mtrl-sci
Multiscale modeling of resistive switching in gold nanogranular films
金属纳米颗粒膜显示出对恒定偏压的复杂动态响应，表现为非典型的电阻开关机制，其可用于创建用于神经形态应用的电气组件。为了模拟这样的现象，我们使用多尺度的方法混合在一起的从头计算处理的电流在纳米级，分子动力学方法支配结构重排，和有限元解的热方程的热传播在样品中。我们还考虑了由于电迁移的结构变化，这是仿照类似系统的实验观察的基础上。在这种方法中，我们设法描述了一些独特的功能发生在纳米颗粒膜的电阻开关，并提供了在微观层面上的物理解释。
2022-10-17 cond-mat.mtrl-sci
Strong orientation dependent spin-orbit torque in antiferromagnet Mn2Au
具有零净磁矩、强抗干扰性和超快开关速度的反铁磁体在高密度信息存储中具有潜在的竞争力。体心反铁磁材料Mn_2Au具有相反的自旋子晶格结构，是一种独特的Néel阶自旋轨道矩（SOT）开关金属材料。本文研究了用磁控溅射方法制备的准外延（103）、（101）和（204）Mn_2Au薄膜的SOT开关特性。我们证明了在室温下通过短电流脉冲在所有制备的Mn2Au薄膜中电流诱导的反铁磁磁矩开关，而不同取向的薄膜表现出不同的开关特性。Mn_2Au（103）薄膜的磁晶各向异性能可以忽略不计，可以实现与方向无关的可逆开关，而Mn_2Au（101）和（204）薄膜的磁晶各向异性能可以忽略不计，当电流沿面内易磁化轴和垂直磁化轴方向施加时，这种可逆开关是可逆的，但当电流沿难磁化轴方向施加时，这种可逆开关在初始开关周期中衰减严重，这是由于磁晶各向异性能的存在。除了基本的意义，强取向相关的SOT开关，这是没有实现的铁磁和反铁磁无关，提供了多功能性的自旋电子学。
2018-04-16 cond-mat.mtrl-sci
Conduction Channel Formation and Dissolution Due to Oxygen Thermophoresis/Diffusion in Hafnium Oxide Memristors
过渡金属氧化物忆阻器或电阻式随机存取存储器（RRAM）开关因其良好的操作功率、耐久性、速度和密度而正在为存储级存储器进行大力开发。它们的商业部署严重依赖于基于理解纳米级物理化学力的预测性紧凑模型，由于在电阻切换期间直接观察原子运动的困难，这仍然是难以捉摸和有争议的。在这里，使用扫描透射同步加速器X射线光谱显微镜来研究氧化铪忆阻器的原位切换，我们直接观察到由过量氧的低电导率环包围的局部缺氧衍生的导电沟道的形成。随后的热退火使分离的氧均匀化，使电池朝向其生长时的电阻状态重置。我们表明，形成和溶解的导电通道成功地模拟径向热泳和Fick扩散的氧原子驱动焦耳加热。这种对影响双极忆阻器切换的两个相反的纳米级径向力的确认和量化是用于这些设备的电子切换的任何未来基于物理的紧凑模型的重要组成部分。
2017-01-03 cond-mat.mtrl-sci
Terahertz-nanoscale visualization of the microscopic spin-charge architecture of colossal magnetoresistive switching
Iowa State University（爱荷华州立大学）；Ames National Laboratory of U.S. Department of Energy（美国能源 Ames 国家实验室）
本研究利用自建低温磁-太赫兹散射型扫描近场光学显微镜平台，首次实现了对CMR开关过程中微观自旋-电荷架构的太赫兹纳米级可视化，揭示了多尺度转变的动态过程。
2026-03-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Ferroelectric domain scaling and electronic properties in ultrathin BiFeO3 films on vicinal substrates
我们报告电切换极化和铁电畴缩放在5 - 100 nm的厚度范围内的BiFeO3薄膜沉积在[110]邻位衬底。采用脉冲激光沉积技术沉积了不同厚度的BiFeO3薄膜，底层为SrRuO3。这些膜具有分形畴图案，畴宽度与膜厚度的平方根密切相关，符合Landau-Lifschitz-Kittel（LLK）定律。压电响应力显微镜的开关光谱为所有薄膜的铁电开关行为提供了明确的证据。利用准粒子自洽GW（QPGW）近似，我们研究了与直接隧穿行为有关的物理参数，即电子的有效质量和有效势垒高度。对于菱形BFO，我们报告了一个大的有效势垒高度值为3.6 eV，这是在合理的协议与纳米级的运输测量。QPGW研究具有P4mm对称性的四面体BFO结构揭示了0.38 eV的势垒高度，与其菱形对应物相比显著更低。这种差异对近四方BFO相的输运性质具有非常重要的影响。
2010-12-28 cond-mat.mtrl-sci
Phase-field modeling of chemical control of polarization stability and switching dynamics in ferroelectric thin film
相场模拟（PFS）技术的出现，使人们对铁电薄膜和陶瓷的电畴结构和开关行为的理解发生了革命性的变化。通常，PFS基于在固定电势或电荷的物理边界条件（BC）下针对定义的（多个）序参量场的（一组）Ginzburg-Landau方程的解。虽然与块体材料和器件中的界面匹配良好，但这些BC通常不适用于自由铁电表面。在这里，我们开发了一个自洽的相场模型与边界条件的基础上的电化学平衡。以（001）取向的单四方畴（Pz）结构的Pb（Zr 0.2Ti 0.8）O3薄膜为模型体系，系统地研究了氧分压、温度和表面离子对薄膜铁电态的影响，并与完全屏蔽的情况进行了比较。我们进一步探讨了氧分压引起的极化反转，并观察到化学屏蔽引起的明显的尺寸效应。我们的工作有助于理解铁电薄膜中由电化学离子表面补偿引起的涌现现象。
2016-09-15 cond-mat.mtrl-sci
Dynamic scaling properties of multistep polarization response in ferroelectrics
铁电体是一种多功能机敏材料，在传感器技术、微机械驱动、数字信息存储等方面有着广泛的应用。特别是，开关动力学的理解是必不可少的数字信息存储。在这方面，时间极化响应的标度特性对于铁电体中的180°开关过程是众所周知的，其特征在于独特的场依赖性局部开关时间。出乎意料的是，这些性质现在在多轴多晶铁电体中观察到，表现出许多平行和顺序的非180°开关过程，具有不同的开关时间。这一行为可以用多步随机机制和极化反转的非均匀场机制模型相结合来解释。标度性能的预测为多晶铁电体的四面体，菱形和正交对称性，并通过测量极化动力学在（K，Na）NbO3基铁电陶瓷在7个数量级的时间尺度上的示范性证明。动态缩放特性允许洞察微观开关机制，一方面，并进入统计材料特性，另一方面，从而提供了高精度的时间极化的描述。深入了解多阶极化开关的机制对未来的超快和多级数字信息存储至关重要。
2022-03-31 cond-mat.mtrl-sci
Electrical Néel-order switching in magnetron-sputtered CuMnAs thin films
反铁磁材料作为自旋电子器件中的有源元件，承诺对外部磁场不敏感，不存在自身的磁杂散场，以及皮秒时间尺度的超快动力学。具有一定晶体对称性的材料表现出内在的Néel阶自旋轨道矩，可以有效地切换反铁磁体的磁序。CuMnAs的四元变体被证明是通过这种固有的自旋轨道效应而电可切换的，并且其在具有忆阻特性的存储器单元中的使用最近已经被证明用于用分子束外延生长的高质量膜。在这里，我们证明了磁控溅射CuMnAs薄膜的磁序也可以通过电流脉冲来操纵。作为温度、电流密度和脉冲宽度的函数的开关效率和弛豫可以通过热激活模型来描述。我们的研究结果表明，CuMnAs可以用与行业兼容的沉积技术制造，这将加快基于这种卓越材料的设备的开发周期。
2019-06-25 cond-mat.mtrl-sci
Determining the Saddle Point in Micromagnetic Models of Magnetization Switching
采用有限温度微磁学方法对扫描显微镜辅助化学气相沉积制备单畴纳米级铁磁体的数值模型进行了模拟。一个投影动力学方法被用来确定在鞍点的磁化强度作为温度的函数。发现这种磁化强度随着温度的升高而线性降低。
2002-04-08 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.stat-mech
Realization of the Switching Mechanism in Resistance Random Access Memory (RRAMTM) Devices: Structural and Electronic Properties Affecting Electron Conductivity in Halfnium Oxide-Electrode System through First Principles Calculations
电阻式随机存取存储器（RRAMTM）器件具有电感应纳米级电阻开关能力，作为未来的非易失性存储器器件已经获得相当大的关注。在这里，我们提出了一种机制，开关的基础上的氧空位迁移驱动的电子性质的变化的过渡金属氧化物（TMO）膜刺激设置脉冲电压。我们使用基于密度泛函理论（DFT）的计算来解释氧空位及其迁移对HfO 2和Ta/HfO 2系统的电子性质的影响，从而创建RRAMTM开关机制的整个故事。计算得到的氧空位迁移的激活能垒与实验得到的置位和复位脉冲电压的结果一致。了解这种机制将有助于有效地实现这些器件中的材料设计。
2011-12-12 cond-mat.mtrl-sci
Nanoscale imaging of He-ion irradiation effects on amorphous TaO$_x$ toward electroforming-free neuromorphic functions
本研究以非晶态TaO$_x$为模型，利用sMIM和CL显微镜探测电阻开关机制，研究氦离子辐照对其导电性的影响，发现纳米结电形成可在<20nW低功率下实现，为电阻开关材料的设计优化提供新框架。
2023-07-20 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Nanoscale manipulation of the Mott insulating state coupled to charge order in 1T-TaS2
强关联电子的量子态对于理解凝聚态系统的奇异性质是至关重要的，并且对这些状态的可控性预示着独特的电子设备，例如Mott存储器。作为最近的一个例子，超快开关器件被证明使用之间的相关莫特绝缘状态和隐藏的顺序金属状态的层状过渡金属二硫属化物1 T-TaS 2的过渡。然而，隐藏的金属态的起源并不清楚，仅报道了通过激光脉冲和载流子注入的宏观开关。在这里，我们展示了纳米级的操纵莫特绝缘状态的1 T-TaS 2。来自扫描隧道显微镜的电子脉冲将绝缘相局部地切换成金属相，该金属相在电荷密度波（CDW）顺序中具有不规则的畴壁，这是Mott状态所固有的。金属态在Mott临界附近是一种新的关联相，在费米能级处具有相干性，这是由于CDW中的退相干导致电子关联的适度降低而引起的。这项工作为基于相关电子的新型纳米电子器件铺平了道路。
2015-05-05 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
