A Microscopic Model of Ferroelectricity in Stress-free PbTiO3 Ultrathin Films
利用第一性原理计算得到的微观有效哈密顿量研究了PbTiO 3薄膜的基态极化。在短路电边界条件下，厚度低至三个晶胞的（001）薄膜具有垂直极化的铁电基态，且表面极化显著增强。
2000-03-16 cond-mat.mtrl-sci
Colossal Spin-Phonon Anomalies and the Ferroelectric Phase Transition in the Model Multiferroic Bifeo3
本文报道了多铁性材料铁酸铋BiFeO_3（BFO）的变温拉曼和中子散射研究。
2005-07-13 cond-mat.mtrl-sci
Ab initio investigation of competing instabilities in ferroelectric perovskite PbTiO3
我们已经开发了第一性原理模型，基于一般参数化的全势能面，研究钙钛矿氧化物的晶格动力学性质。我们讨论了我们的方法的原型铁电PbTiO 3的应用程序，显示其性能的结构不稳定性之间的竞争，极大地影响。事实上，我们确认以前的迹象表明，铁电和antiferrodistortive（涉及旋转的O6八面体）软模式之间的破坏性相互作用的PbTiO 3的居里温度移动了数百度。我们的理论提供了独特的见解，这个巨大的影响和它的动力学特征。
2012-04-16 cond-mat.mtrl-sci
Ferroelectric nanodomains in epitaxial PbTiO3 films grown on SmScO3 and TbScO3 substrates
用Raman光谱和压电响应力显微镜技术研究了在相同条件下用MOCVD技术在SmScO_3和TbScO_3钙钛矿衬底上生长的320 nm厚PbTiO_3铁电外延薄膜的畴结构。讨论了声子频移和典型的畴结构模。结果表明，显着不同的域结构架构：域结构的PbTiO 3薄膜生长在SmScO 3占主导地位的a-域取向，而强烈的优先c-域取向被发现在PbTiO 3薄膜生长在TbScO 3衬底上。这两种情况之间的差异可以追溯到在沉积温度下的薄膜-衬底晶格失配。
2013-04-12 cond-mat.mtrl-sci
Interface effects in ferroelectric PbTiO$_3$ ultrathin films on a paraelectric substrate
采用原子间相互作用势方法研究了沉积在SrTiOPDMATHABMM衬底上的PbTiOPDMATHABMM铁电薄膜的界面效应。我们发现，在薄膜/衬底界面的原子位移的相关性是至关重要的稳定的铁电状态的薄膜几个单位细胞厚。我们表明，最小膜厚度的外观的自发极化畴状态是不是铁电薄膜的本征性质，但依赖于顺电衬底的极化率。我们还观察到，基板显示出一个不寻常的振荡行为的诱导极化。
2006-03-15 cond-mat.mtrl-sci
Evolution of the neutron quasi-elastic scattering through the ferroelectric phase transition in 93%PbZn$_{1/3}$Nb$_{2/3}$O$_3$ - 7% PbTiO$_3$
本文研究了弛豫铁电体（1-x）PbZn $_{1/3}$ Nb $_{2/3}$ O $_{3}$ -xPbTiO $_{3}$（x=0.07）中的中子漫散射。第一个分量是严格弹性的，但在q空间中扩展，并且在600 K以下增长。对于（1-x）PbZn $_{1/3}$ Nb $_{2/3}$ O $_{3}$ - x PbTiO $_{3}$（x=0.07）弛豫铁电体，之前没有报道的第二组分是准弹性的，其线宽具有与通过布里渊光谱观察到的中心峰的宽度类似的温度依赖性。准弹性散射的磁化率的温度依赖性在铁电转变处具有最大值。
2008-05-19 cond-mat.mtrl-sci
Coexistence of antiferrodistortive and ferroelectric distortions at the PbTiO$_3$ (001) surface
通过顺电（非极性）和铁电（[001]极化）薄膜的第一性原理计算，研究了（001）PbTiO $_3$表面的c（2 $\times$ 2）重构。近表面区域的原子位移的分析显示了表面如何修改反铁电畸变（AFD）不稳定性及其与铁电（FE）畸变的相互作用。表面的效果被发现是终止依赖。的AFD不稳定性被抑制在TiO $_2$终止，而它是强烈增强，相对于散装，在PbO终止导致的c（2 × 2）的表面重建，这是在极好的协议与实验。我们发现，相反，散装PbTiO $_3$，在PbO终端的面内铁电性不抑制AFD不稳定性。相反，AFD和面内FE失真在PbO终端处同时增强。这导致了一种新的表面相共存的FE和AFD的扭曲，这是没有发现在PbTiO $_3$散装。
2004-10-14 cond-mat.mtrl-sci
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
Structural, Ferroelectric, Magnetic and Magnetoelectric Response in Multiferroic (1-x)Bi(Ni1/2Ti1/2)O3-PbTiO3/xNi0.6Zn0.4Fe2O4 Particulate Composites
采用铁电相Bi（Ni_（1/2）Ti_（1/2））O_3-PbTiO_3和磁性相（Ni，Zn）Fe_2 O_4的准同型相界组成制备了多铁性颗粒复合材料。铁电相具有共存的单斜和四方钙钛矿结构，空间群分别为Pm和P4 mm，而磁性相具有尖晶石立方结构，空间群为Fd 3 m。Rietveld结构分析表明，铁电相的四方性（c/a）随磁性相浓度的增加而不断增加，表明铁电相和磁性相之间存在部分离子扩散。（1-x）Bi（Ni_（1/2）Ti_（1/2））O_3-PbTiO_3/x（Ni，Zn）Fe_2 O_4的穆斯堡尔谱表明，当x=0.2时，样品具有类超顺磁性。对于x=0.4和0.6的组合物，磁有序增加，对于富含磁性相的组合物，x=0.9的组合物完全转变为亚铁磁。与铁电体或磁性体不同，（1-x）Bi（Ni_（1/2）Ti_（1/2））O_3-PbTiO_3/xNi_（0.6）Zn_（0.4）Fe_2 O_4复合材料具有较大的磁电系数（30 mV/Oe-cm），有望成为多功能材料。
2018-08-03 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
Université de Liège（列日大学）
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
Singe ferroelectric and chiral magnetic domain of single-crystalline BiFeO$_3$ in an electric field
我们报告极化中子散射和压电响应力显微镜研究毫米级单晶的多铁性BiFeO $_3$。在居里温度以下生长的晶体由单个铁电畴组成。两个独特电极化的强度方向，以及等效的螺旋磁畴的人口，可以通过电场可逆地切换。可以获得具有单- $q$单螺旋自旋螺旋的铁电单畴。这种水平的控制，迄今为止无法实现的薄膜，使单晶BiFeO $_3$的多铁性研究的一个有前途的对象。
2008-09-11 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
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
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
Monodomain to polydomain transition in ferroelectric PbTiO3 thin films with La0.67Sr0.3MnO3 electrodes
在La_（0.67）Sr_（0.33）MnO_3外延电极上生长的一系列钙钛矿c轴取向PbTiO_3薄膜中，研究了铁电薄膜的有限尺寸效应。薄膜厚度范围从480下至28 A（7个单元电池）。使用高分辨率X射线衍射测量研究的膜的四方性C/A的演变，示出了首先随着膜厚度的减小而减小的C/A，随后在小厚度处恢复C/A。这种恢复是伴随着从一个单域到多域配置的极化的变化，直接证明了由piezoresponse原子力显微镜测量。
2006-11-15 cond-mat.mtrl-sci
The ferroelectric-paraelectric phase transition in BiFeO3: crystal structure of the orthorhombic beta-phase
利用变温粉末中子衍射的详细研究表明，BiFeO 3经历了一个相变从铁电α相（菱方晶系，R3 c）顺电β相（正交晶系，Pbnm）之间820 oC和830 oC。在有限的温度区间内两个相的共存，以及关键结构参数的突然变化，证实了过渡是第一级的。β相对应于GdFeO 3型钙钛矿。BiFeO 3相对于Bi 2Fe 4 O 9在810 oC以上的亚稳定性排除了在本实验条件下在925 oC以上观察到报道的立方γ相。
2008-11-10 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
Electron trapping by neutral pristine ferroelectric domain walls in BiFeO$_3$
原始的中性铁电畴壁在BiFeO $_3$的第一性原理计算表明，过剩的电子被选择性地捕获的畴壁，而空穴只有微弱的吸引。这种捕获的多余电子可能是负责在实验中观察到的畴壁处的热激活电导率。在畴壁的周期性阵列的情况下，被捕获的过量电子产生锯齿形电势，其幅度取决于材料中的电子浓度和畴壁距离。对于71°和109°畴壁，电势是不对称的。这可以改变太阳能电池中的开路电压，从而影响BiFeO $_3$中的光电效应。
2018-09-28 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
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
Effect of strain and oxygen vacancies on the structure of 180^o ferroelectric domain walls in PbTiO_3
本文研究了法向应变、切向应变和氧空位对PbTiO_3中180 °铁电畴壁结构的影响。已知氧空位移动到畴壁并钉扎它们。因此，我们假设在PbTiO_3中的Pb中心和Ti中心畴壁上的氧空位都是周期性排列的。我们使用一个半解析的非谐晶格静力学方法获得松弛配置使用壳势。在最近的从头计算的协议，我们观察到，铅为中心的畴壁与氧空位是不稳定的，即使在应变。我们对PbTiO_3的半解析计算表明，氧空位对180 °畴壁的结构有显著影响，但对畴壁的厚度影响不大，它使畴壁加宽了约50%。我们还研究了正应变和剪应变对180 °畴壁的影响。我们观察到，正常和剪切应变影响的结构，但不改变畴壁厚度。
2010-01-13 cond-mat.mtrl-sci
Non-reciprocal neutral ferroelectric domain walls in BiFeO3
该研究通过从头算原子模拟揭示BiFeO3中(112)取向R180畴壁的非互易性，并指出其为纯绝缘体系中能量最低的平面畴壁。
2025-01-09 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
Erratum: Photovoltage from ferroelectric domain walls in BiFeO$_3$
本文勘误指出，修正模拟方法后发现BiFeO3中仅存在自陷激子，产生的畴壁光电压极小，无法解释实验测得的光电压，推翻了原结论。
2025-03-06 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
Stability of Glassy and Ferroelectric States in the Relaxors PbMg1/3Nb2/3O3 and PbMg1/3Nb2/3O3-12% PbTiO3
无序玻璃相的稳定性在弛豫PbMg 1/3 Nb 2/3 O 3和（PbMg 1/3 Nb 2/3 O 3）0.88（PbTiO 3）0.12，称为PMN和PMN-PT，研究通过制备部分极化样品，并允许他们在零场的温度范围内的阶段是历史依赖的老化。PMN-PT的极化会自发地增加，直到形成长程序，首先出现巨极化噪声。因此，PMN-PT中的结晶稳定相似乎是铁电的。与此相反，PMN样品缺乏尖锐的一阶场驱动的转变，发现在其他一些样品自发去极化，其玻璃态是化学稳定的一致。详细的热去极化结果表明，在PMN两个不同的宽峰，以及一小部分的材料与突然熔化转变的分布。
2007-03-28 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
Pyramidal charged domain walls in ferroelectric BiFeO$_3$
本研究通过Landau-Ginzburg-Devonshire框架下的相场模拟，揭示了多铁材料BiFeO$_3$中锯齿形畴结构的物理起源，发现空间均匀缺陷电荷可形成与实验一致的畴结构，为纳米尺度可控自组装畴结构的材料设计及前沿应用提供支撑。
2025-05-20 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
Ab initio study of BaTiO3 and PbTiO3 surfaces in external electric fields
对于BaTiO_3和PbTiO_3这两种钙钛矿型铁电化合物，我们研究了外加电场对（001）面结构性质的影响。采用第一性原理超软赝势方法计算了场致表面层间距和屈曲的变化，得到了表面层极化和铁电畸变的变化。表面由周期性重复的平板表示，并且外部偶极层被包括在超晶胞的真空区域中以控制垂直于表面的电场。讨论了电边界条件对平板铁电性能的影响。在内部电场消失的情况下，我们的研究表明，即使是非常薄的平板可以显示铁电不稳定性。
2001-02-13 cond-mat.mtrl-sci
Resistive switching in ferroelectric BiFeO3 by 1.7 eV change of the Schottky barrier height
使用金属-铁电结作为可开关二极管是几十年前提出的。Blom等人[P.W. M. Blom等人，物理修订信函73，2107（1994）]，其报道了在整流方向上的切换以及在切换铁电层的极化方向时约2个数量级的电流变化。与电容设计相比，这种形式的电阻开关能够以更高的速度读出铁电存储器状态，而不会破坏每个读取周期中的信息。最近，Jiang及其同事已经表明，这些肖特基势垒效应在BiFeO 3中是巨大的，比PZT中发现的开关电荷多一千倍[A.Q.蒋例如，高级材料23，1277（2011）]。在这里，通过进行局部电导率测量，我们归因于肖特基势垒高度之间的生长，向下极化域和向上极化域的一个大的变化。这些测量允许估计极化电荷和屏蔽电荷对通过铁电体的传导的相对影响。
2012-12-03 cond-mat.mtrl-sci
Magnetic field driven enhanced ferroelectric switching in self-grown ferroelectric-ferromagnetic composite in the BiFeO3-BaTiO3 multiferroic alloy system
多年来，人们试图弥补多铁性BiFeO 3体相态的固有弱点，如高漏电流和铁磁相关性的缺乏，并通过与其他钙钛矿形成固溶体来利用其磁电势。近几年的研究表明，BiFeO_3与BaTiO_3的合金化，无论有无添加剂，都可以诱导铁电和铁磁开关。虽然从技术应用的角度来看，这两种铁性序的共存是令人鼓舞的，但该系统中铁磁性的起源仍然难以捉摸。在这里，我们合成了这样的组合物，并进行了详细的结构分析，采用磁性分离的粉末颗粒。我们发现，铁磁性的起源在于自发沉淀的一个小的（~ 1wt%）钡六角铁氧体（BaFe 9 O 19）相，通常未检测到在常规的X射线衍射研究从整个标本的粉末取样。我们还表明，尽管微不足道的分数的亚铁磁相，这种自生长的复合材料表现出显着增强的铁电开关在外部磁场的存在下。我们得到了一个直流磁电耦合~ 9 × 10-8 s/m，这是一个值，这是已报道的层状铁电/铁磁层压板和双层薄膜铁电-铁磁hetrostructures。我们的研究表明，合理的大磁电耦合是可实现的，在简单的0-3铁电-铁磁块状复合材料提供的合成策略的开发，诱导自发沉淀的铁磁相在小体积分数，以确保良好的绝缘行为的复合材料，从而开发。
2017-09-18 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
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
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
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
Nature of polarization fatigue in BiFeO3
作为一种室温多铁性材料，BiFeO3在磁电器件和非易失性铁电存储器应用中得到了广泛的研究。磁电和铁电存储器件都具有相同的控制旋钮：通过外加电场进行极化切换。由于BiFeO_3晶体的菱面体对称性，其铁弹性质有四种变化，三种不同的极化转换事件：（1）从r1-到r3+的71 °转换，（2）从r1-到r2+（或r4+）的109 °转换，和（3）从r1-到r1+的180 °转换（上标+和-分别代表上下极化）。每个切换路径耦合到BiFeO3晶胞的不同重取向，并且因此耦合到磁序的不同耦合以及可切换偏振的不同幅度。BiFeO3铁电性能的退化将导致磁电器件中磁序开关的可控性和铁电存储器件中的信息存储能力的丧失。特别是极化疲劳将直接制约实际器件的可靠性。因此，了解BiFeO 3薄膜中各个极化转换路径的内在疲劳行为是非常重要的。在这篇文章中，我们报告了BiFeO3中的极化疲劳依赖于开关路径，并提出了一个疲劳模型，这将拓宽我们对低对称性材料中疲劳现象的理解。
2011-01-03 cond-mat.mtrl-sci
Intermediate ferroelectric orthorhombic and monoclinic MB phases in [110]- electric field cooled Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-30%PbTiO3 crystals
在场冷（FC）条件下，用X射线衍射研究了[110]电场冷却Pb（Mg 1/3 Nb 2/3）O 3 - 30%PbTiO 3（PMN-30%PT）晶体的结构相变。在室温下，场冷（FC）条件下观察到立方（C）-四方（T）-正交（O）-单斜（MB）相序，而从零场冷（ZFC）条件开始，随着场的增加，观察到R-MB-O相序.与[001]场中PMN-30%PT晶体的相应数据相比，[110]电场的施加在FC条件下引起相序的显著变化，这表明FC条件下的相序被施加适度电场（E）所沿的结晶方向改变。只有当沿着[110]施加E时，才观察到中间O和MB相。
2005-04-01 cond-mat.mtrl-sci
Hexagonal close-packed polar-skyrmion lattice in ultrathin ferroelectric PbTiO3 films
本研究通过相场模拟构建超薄铁电PbTiO₃薄膜的温度-电场相图，揭示了六方密堆积极性斯格明子晶格的相变机制与稳定条件，验证了其晶格常数随厚度变化符合Kittel定律，为拓扑极性织构相关新型凝聚物相研发提供了基础。
2023-05-07 cond-mat.mtrl-sci
Intrinsic structural instabilities of domain walls driven by gradient couplings: meandering anferrodistortive-ferroelectric domain walls in BiFeO3
使用Landau-Ginzburg-Devonshire方法，我们预测的铁电-铁弹畴壁的内在不稳定性的反铁电畸变和铁电序参量的梯度项之间的相互作用出现在壁。这些不稳定性是体相共存附近的结构不稳定性的界面模拟，因此它们不是来自薄膜中的不完全极化屏蔽或其空间限制、电致伸缩或挠曲电耦合。研究了BiFeO 3材料参数对71 °、109 °和180 °壁面的影响，发现在109 °和180 °壁面处，当能量梯度较小时，出现弯曲不稳定性，当能量梯度较大时，壁面变直变宽.与180度和109度畴壁相反，不带电的71度畴壁总是直的，并且它们的宽度随着倾斜梯度系数的增加而增加。壁的不稳定性和相关的内在曲折提供了一个新的洞察准同型和弛豫材料，壁钉扎，和序参量场和局部微观结构之间的相互作用机制的行为。
2018-12-31 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
Coexistence of Ferroelectric Triclinic Phases and Origin of Large Piezoelectric Responses in Highly Strained BiFeO3 films
利用同步辐射X射线衍射仪结合扫描探针显微镜研究了BiFeO3薄膜中应变驱动的准同型相界（MPB）的结构演化。我们的研究结果表明，存在的混合相区，主要是由两个严重倾斜的铁电三斜相。第一性原理计算的分析表明，这两个三斜相起源于一个单一的单斜态的相分离，伴随着相分离的状态之间的弹性匹配。这些第一性原理计算进一步揭示，这两个低对称性的三斜相的固有压电响应是不是显着大，这意味着这两个能量接近的三斜相之间的相变的容易性可能是负责在BiFeO 3膜的MPB附近发现的大的压电响应。这些发现不仅丰富了对外延BiFeO_3薄膜的晶格和畴结构的理解，而且还可能揭示MPB附近增强的压电响应的起源。
2011-04-25 cond-mat.mtrl-sci
180 degree Ferroelectric Stripe Nanodomains in BiFeO3 Thin Films
越来越多的证据表明，铁性材料中的畴壁可以具有块体材料中不存在的新特性。例如，铁电-反铁磁BiFeO 3中的180畴壁特别有趣，因为它们被预测具有一系列有趣的行为，包括电子传导和增强的磁化。然而，迄今为止，这种结构域结构的有序阵列尚未报道。在这里，我们报告的观察180条纹纳米畴在（110）取向的BiFeO 3薄膜生长在正交晶系的GdScO 3（010）O衬底，和它们的影响交换耦合到金属铁磁体。在厚度小于32 nm的薄膜中观察到具有{112 }畴壁的纳米级铁电180条纹畴，以补偿大的去极化场。随着薄膜厚度的增加，我们观察到一个域结构的交叉，从去极化场驱动的180条纳米畴的71域的弹性能确定。有趣的是，发现这180个畴壁（由于缺乏与这些壁的能量相关的强各向异性，它们通常是圆柱形或曲折的）是高度有序的。Co0.9Fe0.1/BiFeO 3异质结的进一步研究揭示了交换偏置和交换增强的异质结的基础上BiFeO 3与180域壁和交换偏置的基础上BiFeO 3与71域壁的异质结的情况下，这表明180域壁可能是钉扎的未补偿的自旋，引起交换偏置的可能来源。这进一步证实了X射线圆磁二色性研究，这表明，主要是180畴壁的膜具有较大的磁化强度比那些主要是71畴壁。我们的研究结果可能是有用的提取畴壁的结构和探索畴壁功能在BiFeO 3。
2015-08-28 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
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
