Computational studies on magnetism and ferroelectricity
磁性、铁电性和多铁性不仅在基础物理研究中具有重要意义，而且在信息技术中也有重要应用，因此受到人们的广泛关注。在这里，最近的磁性和铁电性的计算研究进行了审查。我们首先简要介绍了磁体、铁电体和多铁性。然后，研究这些材料的理论模型和相应的计算方法。特别地，首次提出了在第一性原理计算中无需外加场的线性磁电耦合张量的计算方法。介绍了自行研制的材料性能分析与模拟软件包（PASP）的功能及其在磁性和铁电性研究中的应用。最后，我们总结了这一评论，并给出了未来的磁性和铁电性的计算研究的可能方向的观点。
2022-08-25 cond-mat.mtrl-sci
Evidence for Incipient Ferroelectricity in YCrO3
立方结构是氧化物在高温下最常见的结构之一。当温度降低时，只有少数这些氧化物表现出铁电性，这是相当令人惊讶的。在本文中，我们使用的例子YCrO 3（YCO），一个早期的铁电材料，表明在大多数氧化物有两个竞争现象-铁电性的开始，由于旋转的CrO 6八面体和Y原子的位移导致抑制铁电性。这种竞争表明，虽然八面体旋转有利于较低的对称性状态，Y原子位移反对它离开YCO表现出只有一个初期的铁电状态。这些结果，而在与早期的理论预测一致，也可以帮助建议通过使用更大的阳离子取代在Y网站在这些氧化物中的一个更稳定的铁电态的途径。
2018-05-25 cond-mat.mtrl-sci
Ferroelectricity and Antiferroelectricity in Elemental Group-V Monolayer Materials
铁电性通常存在于由不同元素组成的复合材料中。在这里，基于第一性原理计算，我们揭示了第一个例子的自发电极化和铁电性在稳定的二维元素材料：元素V族（砷，锑，铋）单层。极化是由于自发晶格畸变与原子层屈曲。有趣的是，对于Bi单层膜，除了铁电相，我们发现它也可以托管反铁电相。这些元素材料的居里温度可以高于室温，使它们有希望实现广泛感兴趣的铁电器件。
2017-06-18 cond-mat.mtrl-sci
Strain-Induced Hybrid Improper Ferroelectricity in Simple Perovskites from First Principles
我们进行了第一性原理计算的外延应变正交CaTiO $_3$。计算结果表明，在压应变下存在亚稳铁电相，并具有意想不到的面内极化。对称性分析表明，在X点的两个畸变模式结合起来，以诱导极化，导致表征为混合不适当的铁电体。我们的工作证明了简单钙钛矿中不适当铁电性的机制，而不需要通过分层或阳离子有序来降低对称性。
2013-08-25 cond-mat.mtrl-sci
Ferroelectricity induced by interatomic magnetic exchange interaction
多铁性是两个或多个铁性序参量共存的现象，是凝聚态物理和材料科学研究的热点之一[1-9]。然而，磁性和常规铁电性的共存在物理上是不利的[10]。最近提出了几种补救措施，例如，由特定的磁性[6]或电荷序[2]引起的不适当的铁电性。在这些理论的指导下，目前的研究主要集中在阻挫磁体上，这些磁体通常具有复杂的磁结构和较低的磁有序温度，离实际应用还很远。简单的共线磁体具有很高的磁转变温度，但从未被认真考虑作为多铁性材料的候选材料。在这里，我们认为，实际上简单的原子间磁交换相互作用已经包含了铁电性的驱动力，从而提供了一个新的铁电性和磁性之间的共存和强耦合的微观机制。我们证明了这种机制，即使是最简单的反铁磁（AFM）绝缘体MnO，可以显示一个双轴应变下的磁感应铁电性。
2012-04-20 cond-mat.mtrl-sci
Local Ferroelectricity in SrTiO_3 Thin Films
利用共焦扫描光学显微镜研究了SrTiO_3薄膜的温度极化特性。从线性电光响应的图像中识别出均匀的面外和不均匀的面内铁电相。滞后和非滞后行为下观察到的直流偏置场。与体铁电体中的经典转变不同，在远高于介电常数最大值的温度下观察到局部铁电性。结果表明，实用的本地探针实验在理解非均匀铁电体。
2002-08-31 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
Improper ferroelectricity in ultrathin hexagonal ferrites film
针对超薄非本征铁电六方铁氧体薄膜铁电性抑制的定量认知缺失问题，研究者通过原位RHEED研究外延h-ScFeO3薄膜的相变，结合界面钳制模型与朗道理论解释居里温度的厚度依赖性，发现临界厚度与界面钳制层特征长度成正比，为实现超薄薄膜稳定非本征铁电性提供指导。
2023-02-13 cond-mat.mtrl-sci
Orbital ordering induced ferroelectricity in SrCrO3
采用密度泛函理论计算了SrTiO_3衬底上SrVO_3（d_1）和SrCrO_3（d_2）的多铁性。虽然两者都是金属的散装限制，他们被发现是绝缘的结果，轨道有序驱动的晶格畸变在100度极限。虽然SrVO 3中的畸变具有一阶Jahn-Teller起源，但SrCrO 3中的畸变本质上是铁电的。这种铁电性（FE）的途径导致与常规铁电体相当的极化。
2013-08-07 cond-mat.mtrl-sci
Ferroelectricity enhancement in ferroelectric nanotubes
在本文中，我们研究了铁电纳米管相图的尺寸效应和考虑有效表面张力和去极化场影响的极性性质。推导了顺电-铁电转变温度与纳米管半径、极化梯度系数、外推长度、表面张力和电致伸缩系数的近似解析表达式。结果表明，对于负电致伸缩系数，其转变温度可以高于块体材料的转变温度。因此，我们预测在长铁电纳米管的极化守恒和增强。实验结果解释了Pb（Zr，Ti）O_3和BaTiO_3纳米管铁电性的守恒和增强现象。
2006-08-30 cond-mat.mtrl-sci
On the room temperature ferroelectricity of hydrogen-bonded charge transfer crystals
基于哈伯德模型，对混合堆电荷转移分子晶体的反常铁电性进行了理论研究，并对其参数化进行了第一性原理计算.这种方法首先通过再现TTF-CA的温度诱导跃迁和电子极化来验证，然后将其应用于一系列新的氢键晶体，最近已声称具有室温铁电性。我们的分析表明，氢键系统提出了一个非常低的程度的电荷转移，因此支持一个非常小的极化。对实验数据的重新审视支持了我们的发现，并对这些系统的铁电性产生了怀疑。更一般地说，我们的建模允许合理化的电荷转移晶体中的铁电过渡的一般特征，并建议材料优化的设计原则。
2014-09-28 cond-mat.mtrl-sci
Observation of room-temperature ferroelectricity in tetragonal strontium titanate thin films on SrTiO3 (001) substrates
研究了在SrTiO 3（001）基片上沉积的钛酸锶（STO）薄膜的铁电性能。STO层在SrTiO 3衬底上相干生长，没有面内晶格弛豫，但其面外晶格常数随着沉积过程中氧压的降低而增加。使用压电响应力显微镜和P-V测量，我们表明，我们的tetrahydrosto薄膜具有室温铁电性。我们讨论了所观察到的铁电性的可能来源。
2007-07-02 cond-mat.mtrl-sci
Scanning probe imaging of coexistent ferromagnetism and ferroelectricity at room temperature
通过标准铁电和铁磁磁滞回线测量和各种扫描探针显微镜，研究了名义成分为PbTi_（0.5）Fe_（0.5）O_（3-d）的新型材料的薄膜中铁磁性和铁电性的室温共存。磁畴和铁电畴都在材料的同一空间区域中观察到，这意味着在该系统中的相共存。对于这两个序参量，样品形态强烈影响畴壁的粗糙度。
2006-11-03 cond-mat.mtrl-sci
Homoepitaxy of rhombohedral-stacked MoS2 with room temperature switchable ferroelectricity
二维菱面体（3R）堆叠半导体中界面铁电性的发现为实现可编程计算存储器件开辟了一条新途径。然而，探索铁电开关在天然3R晶体是困难的，由于缺乏共存的3R堆叠域。在这里，我们提出了具有3R多型畴的二硫化钼同质外延图案可以在室温下表现出可切换的铁电性。基于扩散限制聚集理论，这种MoS2图案相对于普通化学气相沉积合成在低Mo化学势和低温下形成。3R多型体的交替在二硫化钼同质外延图案，通过扫描透射电子显微镜观察到，占铁电开关。具有3R多型域的MoS2场效应晶体管表现出可重复的逆时针滞后与栅极电压扫描，铁电性切换的指示，并且存储器窗口超过紧凑形状的3R双层器件所测量的那些。这项工作为层状3R基铁电存储器提供了一种直接生长的概念。
2022-05-24 cond-mat.mtrl-sci
Unveiling the origin of unconventional moire ferroelectricity
通过设计WSe2封装的单层石墨烯，揭示非常规莫尔铁电性源于BN中的界面滑移铁电性而非石墨烯莫尔能带，并提出导电莫尔铁电体中的反常屏蔽机制，为可靠存储器件奠定基础。
2024-03-26 cond-mat.mtrl-sci
Ferroelectricity going 2D
二维范德华（vdW）材料的磁性和铁电性的发现为二维材料家族带来了重要的功能，并可能引发下一代纳米电子学和自旋电子学的革命。在这篇展望文章中，我们简要回顾了在2D铁电体领域的最新进展，重点是在2D系统中驱动自发极化的机制，由减少晶格维数带来的独特性能，以及2D铁电体的应用前景。最后，我们展望了需要解决的挑战和我们对未来可能的研究方向的看法。
2022-06-16 cond-mat.mtrl-sci
Origin of giant spin-lattice coupling and the suppression of ferroelectricity in EuTiO3 from first principles
从第一性原理出发，阐明了导致EuTiO 3铁电性抑制和八面体旋转增强的微观机制。我们发现，稀土Eu 4f态与B位Ti阳离子的杂化驱动系统远离铁电性。我们还表明，这种杂化的磁顺序依赖性是在这种材料中的自旋-声子耦合的主要来源。我们的研究结果强调了稀土f电子对这些过渡金属氧化物的晶格动力学和稳定性的重要性。
2013-09-05 cond-mat.mtrl-sci
Electronic structure and ferroelectricity in SrBi2Ta2O9
采用全势线性缀加平面波（LAPW）方法，在局域密度近似下，对SrBi 2 Ta 2 O 9的电子结构进行了第一性原理研究.结果表明，除了Ta（5d）-O（2 p）杂化这一钙钛矿铁电体的共同特征外，铋和氧之间还存在重要的杂化。铁电畸变和铁电性的主要来源的潜在的静电势的晶格动力学研究使用冻结声子的方法。
2000-03-16 cond-mat.mtrl-sci
Two-dimensional ferroelectricity induced by octahedral rotation distortion in perovskite oxides
二维铁电性自从在范德瓦尔斯材料的单层膜中被发现以来，引起了人们的广泛关注。通过第一性原理计算，我们发现八面体旋转畸变引起的二维铁电性广泛存在于钙钛矿双层体系中。钙钛矿容限因子对钙钛矿单层和双层的晶格动力学和基态结构起着至关重要的作用，从而为筛选这种混合的非正常铁电性提供了重要指标。通常，通过正交孪晶态的铁电开关具有最低的能垒。外延应变可以通过改变八面体旋转和倾斜畸变的幅度来有效地调节铁电极化和铁电开关。增加的压缩应变通过抑制倾斜畸变而引起极性到非极性的相变。在与衬底的界面处的八面体畸变的协同效应可以降低反转模式的能垒，甚至可以改变最低能量的铁电开关路径。
2022-02-10 cond-mat.mtrl-sci
Strain-Induced Room-Temperature Ferroelectricity in SrTiO$_3$ Membranes
复合氧化物异质外延的进展突出了利用应变工程通过晶格失配来控制薄膜异质结构中的铁电性的巨大潜力。然而，这种方法缺乏产生大的和连续可变的应变状态的能力，从而限制了设计和调节铁电膜的期望性质的潜力。在这里，我们观察和探索动态应变诱导铁电性SrTiO $_3$层压独立的氧化膜上的可拉伸的聚合物衬底。利用扫描探针显微镜，光学二次谐波产生测量和原子模型的组合，我们证明了强大的室温铁电性在SrTiO $_3$与2.0%的单轴拉伸应变，证实了180°铁电畴和400 K的外推转变温度的显着特征。我们的工作揭示了利用氧化物膜在环境友好的无铅氧化物中产生和增强铁电性的巨大潜力，这对非易失性存储器和微波电子学等应用具有很大的希望。
2020-05-18 cond-mat.mtrl-sci
Ultrafast switching of sliding ferroelectricity and dynamical magnetic field in van der Waals bilayer induced by light
本研究针对电场调控范德华双层滑动铁电性存在的问题，提出激光脉冲调控方案，通过模拟证实其可实现铁电切换并产生多方向动态磁场，拓展了相关材料的器件应用潜力。
2024-03-12 cond-mat.mtrl-sci
An antisite defect mechanism for room temperature ferroelectricity in orthoferrites
单相多铁性材料，允许铁电性和磁有序在室温以上共存是非常可取的，激励正在进行的研究机制，非常规铁电性的磁性氧化物。在这里，我们报告了一个反位缺陷机制的室温铁电性在外延薄膜的钇正铁氧体，YFeO 3，钙钛矿结构的倾斜反铁磁体。结合piezoresponse力显微镜，原子分辨元素映射与像差校正扫描透射电子显微镜和密度泛函理论计算表明，YFe反位缺陷的存在有利于促进铁电性的非中心对称畸变。这种机制预计类似于其他稀土正铁氧体，与稀土阳离子的半径上的极化的依赖。此外，垂直排列的纳米复合材料的磁致弹性氧化物CoFe2O4的支柱外延嵌入在YFeO3矩阵在室温下表现出强大的铁电性和亚铁磁性，以及显着的应变介导的磁电耦合效应。我们的工作揭示了反位缺陷在一系列磁性正铁氧体中提供铁电性的新机制中的独特作用，并进一步增强了该系列复合氧化物用于多铁性应用的功能。
2021-03-18 cond-mat.mtrl-sci
Ferroelectricity in multiferroic magnetite Fe3O4 driven by noncentrosymmetric Fe2+/Fe3+ charge-ordering: First-principles study
通过第一性原理模拟，我们明确地表明，不适当的铁电性磁铁矿在低温绝缘相驱动的电荷有序。单斜铁电体Cc和顺电体P2/c结构之间的精确比较表明，极化的出现是因为八面体Fe位之间的电子电荷的“移位”，导致非中心对称的Fe 2 +/Fe 3+电荷有序模式。我们的预测值的极化，在良好的协议与现有的实验值，进行了讨论的点电荷偶极子位于选定的Fe四面体，指向一个明显的例子，电子铁电性驱动的电荷重排。
2009-06-02 cond-mat.mtrl-sci
Ferroelectricity and piezoelectricity in monolayers and nanoplatelets of SnS
从第一性原理计算的基态结构的单层和纳米片的厚度从两个到五个单层的SnS。结果表明，只有奇数个单层的纳米物体是铁电的。计算了这些极性结构的铁电、压电和弹性性质。在这些纳米物体中的极化的外观被解释为存在于大块SnS的反铁电结构中的未补偿的极化。铁电性的机制，其中铁电畸变与孤对短程有序相关，可以被认为是产生具有高居里温度的铁电体的一种方式。
2018-10-27 cond-mat.mtrl-sci
Origin of Ferroelectricity in Hafnia from Epitaxial Strain
铁电氧化物由于其在纳米级样品中具有强大的铁电性及其与硅的兼容性，正在被探索用于下一代电子产品。然而，它的铁电性还不清楚。其他铁电体在纳米尺度的样品和薄膜中通常会失去铁电性，氧化铌的基态是非极性斜锆石。本文用密度泛函理论（DFT）研究了外延应变下的Al_2O_3，发现应变不仅稳定了铁电相，而且导致了不稳定的模式和能量从高温四元结构的下降路径。我们发现，对于晶格常数为PDMATHABMM_（？）~的正方形衬底，在拉伸外延应变下，铁电PDMATHABMN_（？）最稳定，甚至比斜锆石更稳定。此外，我们还发现，在拉伸外延应变$η$下，四方相将变形为两种铁电相之一：对于$η> 1.5$，$Γ^{-}_{5}$模是不稳定的，并导致\oII，而在$η> 3.75$，该模与带边界M1模之间的耦合导致\oI .
2022-04-14 cond-mat.mtrl-sci
Intrinsic ferroelectricity in Y-doped HfO2 thin films
本研究在高结晶度的5% Y掺杂HfO2外延薄膜中实现了创纪录的50 μC/cm2室温自发极化，证实了其本征铁电性，为优化HfO2基材料性能开辟了新途径。
2021-09-10 cond-mat.mtrl-sci
Simulating terahertz field-induced ferroelectricity in quantum paraelectric SrTiO$_3$
最近的实验表明，光可以诱导SrTiO $_3$从量子顺电相到铁电相的转变。在这里，我们研究这种太赫兹场诱导的铁电相变通过求解含时的晶格薛定谔方程的基础上第一性原理计算。我们发现铁电性起源于量子顺电相基态和第一激发晶格态之间的光诱导混合。与实验结果一致，我们的研究表明，非振荡的二次谐波产生信号可以是铁电性的证据在SrTiO $_3$。我们揭示了这种奇异的相变的微观细节，并强调这种现象是量子顺电相的一种独特行为。
2022-09-05 cond-mat.mtrl-sci
Observation of room-temperature ferroelectricity in elemental Te nanowires
铁电体在低维存储器件中对于多位存储和高密度集成是必不可少的。极性结构是产生铁电性的必要前提，主要存在于化合物中。然而，它在元素材料中通常是罕见的，导致缺乏自发电极化的强度。在这里，我们报告了一个意想不到的室温铁电性少链碲纳米线。用压电响应力显微镜观察到了面外铁电回线和畴反转。通过密度泛函理论，我们将铁电性归因于层间孤对电子相互作用产生的离子位移。铁电极化可以引起沿Te链的输运的强场效应，支持自选通场效应晶体管。它使非易失性存储器具有高面内迁移率、零电源电压、多级电阻状态和高开/关比。我们的工作为具有极性结构的元素铁电体提供了新的机会，并为低功耗电子器件和内存计算设备等应用铺平了道路。
2022-11-08 cond-mat.mtrl-sci
Ferroelectricity and Rashba effect in GeTe
GeTe已被提议作为一类新的功能材料的父化合物，其显示与铁电性耦合的体Rashba效应：铁电Rashba半导体。在很好的协议与第一性原理计算，我们表明角分辨光电子能谱和压电力显微镜GeTe显示表面和体Rashba带所产生的本征反转对称性破缺所提供的反射铁电极化。这项工作指出了通过影响GeTe的铁电极化来控制其能带的自旋手征性的可能性。
2014-12-07 cond-mat.mtrl-sci
Ferroelectricity in ultra-thin perovskite films
我们报告的铁电性超薄钙钛矿薄膜与现实电极的研究。结果表明，在小于10 μ m厚的薄膜中，铁电态稳定，极化方向垂直于表面。在短路边界条件下，研究了真实电极的屏蔽效应和真实金属/氧化物界面对薄膜极化的影响。我们的研究表明，金属屏蔽从电极的氧化物表面的功函数的差异的影响。我们在铁电PbTiO $_3$和BaTiO $_3$薄膜中证明了这种效应。
2005-05-03 cond-mat.mtrl-sci
Appearance of ferroelectricity in thin films of incipient ferroelectric
在Ginsburg-Landau-Devonshire唯象理论框架下，对钙钛矿结构的常规和初始铁电薄膜的尺寸诱导铁电-顺电相变进行了研究.考虑了更一般形式的表面自由能展开，包括本征表面应力张量、表面压电效应和电致伸缩以及表面极化的二次和四次幂。导出了常规铁电体和初始铁电体的转变温度与厚度关系的解析表达式。结果表明，虽然没有铁电体中的初始铁电体，它出现在薄膜的负外推长度，实现例如在正的表面应力系数和负或零失配应变。在我们的研究中，我们得出了在室温下，对于足够薄的薄膜，初始铁电体KTaO_3中的厚度诱导铁电性的结论。类似的表面效应可以强烈地影响另一种初始铁电体SrTiO 3的薄膜中的相变。
2007-04-15 cond-mat.mtrl-sci
Distinguish the Orientation of Sliding Ferroelectricity by Second-Harmonic Generation
本研究通过SHG响应区分二维滑动铁电体的方向，揭示了其非线性光学特性在新型滑动铁电学中的应用。
2025-12-01 cond-mat.mtrl-sci
Purely in-plane ferroelectricity in monolayer SnS at room temperature
2D范德华铁电半导体已经成为一个有吸引力的构建块，具有巨大的潜力，提供多功能的纳米电子学。虽然已经报道了几个成就，在铁电电阻开关的平面外的2D铁电体下降到单层，一个纯粹的平面内的铁电还没有实验验证在单层厚度。在此，微米尺寸的单层SnS生长在云母上的物理气相沉积，和面内铁电开关表现出在室温下（RT）的两端器件。SnS通常被认为表现出奇偶效应，其中中心对称性仅在奇数层中断裂以表现出铁电性。然而，值得注意的是，一个强大的RT铁电性存在于SnS低于15层的临界厚度与奇数和偶数层。奇偶效应的缺乏可能源于与云母衬底的相互作用，这表明控制多层SnS的堆叠顺序的可能性，超出单层中的铁电性的限制。这项工作将为基于SnS作为面内铁电体新平台的纳米铁电应用铺平道路。
2020-06-18 cond-mat.mtrl-sci
Ferroelectricity Driven by Twisting of Silicate Tetrahedral Chains
常规的钙钛矿型铁电体基于氧的八面体单元，并且通常包含有毒的Pb以实现稳健的铁电性。在这里，我们报告的铁电性的硅酸盐基化合物，Bi 2SiO 5（BSO），诱导相应的硅酸盐四面体链的结构不稳定性。低能声子模在~ 673 K时凝聚，引起适当的铁电相变。在BSO单晶中观察到极化开关，矫顽场为30 kV/cm，沿垂直于解理面的方向的自发极化为0.3 microC/cm 2。通过第一性原理计算估计面内偏振为23微C/cm 2。本研究结果为基于SiO 4四面体单元的铁电材料的设计提供了新的指导，SiO 4四面体单元广泛存在于天然矿物中。
2012-10-03 cond-mat.mtrl-sci
From latent ferroelectricity to hyperferroelectricity in alkali lead halide perovskites
使用第一性原理计算，我们表明，几个碱金属铅卤化物潜在地提出集体铁电极化。这应该至少发生在纳米级;它可以被宏观检测到，只要它不被立方钙钛矿相的稳定温度范围内的晶格振动所掩盖。对于钾铅卤化物和碱金属铅氟化物，显着的，铁电行为变成超铁电，这表明一个更强大的铁电极化，尽管去极化电位引起的表面或界面上的电荷积累。
2020-03-06 cond-mat.mtrl-sci
Highly tunable ferroelectricity in hybrid improper ferroelectric Sr3Sn2O7
杂化反常铁电性（HIF）的成功理论预测和实验验证为复杂材料中八面体转动、铁电性和磁性的耦合提供了新的途径。为了实现技术应用，具有小矫顽场的HIF是期望的。我们成功地生长了Sr_3Sn_2O_7单晶，并发现它们在室温下具有最小的矫顽场。此外，我们证明，一个小的外部应力可以反复删除和再生铁弹域。此外，使用面内压电响应力显微镜，我们表征丰富的带电和中性畴壁。所观察到的小的电气和机械矫顽场值是根据我们的第一性原理计算的Sr3Sn2O7，这表明低的能量势垒为90°和180°的极化切换相比，在其他实验证明的HIF。我们的研究结果代表了可能的技术实现的功能HIF的进步。
2020-08-03 cond-mat.mtrl-sci
Unusual Ferroelectricity of Trans-Unitcell Ion-Displacement and Multiferroic Soliton in Sodium and Potassium Hydroxides
我们展示了第一原理的证据，迄今未报道的类型的铁电性与超长离子位移的氢氧化钠和氢氧化钾。即使是少量的质子空位也可以完全改变质子从单胞内到跨单胞的转移模式，产生具有移动磁性和极强极化的多铁性孤子，其极化强度比大多数钙钛矿铁电体高几个数量级。它们的薄膜的垂直极化对去极化场是鲁棒的，通过感测可切换的金属/绝缘状态来呈现具有非破坏性读出和超高开/关比的各种2D铁电场晶体管设计。
2018-10-06 cond-mat.mtrl-sci
Interplay of 4f-3d Magnetism and Ferroelectricity in DyFeO3
DyFeO 3表现出弱的铁磁性（TNFe ~ 645 K），在TSRFe ~ 50 K时，在自旋重取向（Morin）转变以下消失。还已知的是，施加的磁场在Dy离子的磁有序温度（TNDy ~ 4.5 K）下诱导铁电性。在这里，我们表明，铁电性存在于弱铁磁态（TSRFe < T < TN，C），没有施加磁场，表明弱铁磁性在诱导铁电性的关键作用。57 Fe穆斯堡尔研究表明，超精细场（Bhf）偏离了在弱铁磁状态下观察到的类平均场行为，并在自旋重取向转变开始（80 K）以下降低，这意味着TSR以上的Bhf由于Fe亚晶格和TSR以下的弱铁磁矩的感应磁化而具有来自Dy离子的额外贡献，这种贡献由于Fe亚晶格的共线有序而减小。这些结果清楚地表明，Dy（4f）和Fe（3d）之间的磁相互作用的存在和它们的相关性与铁电性在弱铁磁态的DyFeO 3。
2013-01-15 cond-mat.mtrl-sci
Magnetically induced electronic ferroelectricity in half-doped manganites
采用密度泛函理论和模型计算相结合的方法，我们证明了一种典型的电荷有序半掺杂锰氧化物La $_{1/2}$ Ca $_{1/2}$ MnO $_3$是多铁性的.一个特殊的电荷轨道排序和倾向于形成自旋二聚体的组合打破反转对称性，导致铁电基态的极化高达几个$μC/cm^2$。不适当的铁电性的存在并不取决于这种材料的激烈争论的结构细节：在齐纳极化子结构中，我们发现了一个类似的戏剧性的铁电响应与纯磁性起源的大极化。
2008-12-23 cond-mat.mtrl-sci
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
Ferroelectricity driven by the non-centrosymmetric magnetic ordering in multiferroic TbMn_2O_5: a first-principles study
采用第一性原理计算研究了多铁性TbMn $_2$ O $_5$的基态结构、电子和磁性.结果表明，TbMn $_2$ O $_5$的铁电性是由非中心对称的磁有序驱动的，而没有引起自旋轨道耦合和非共线自旋.该化合物中的{ \it本征}电极化的强度计算为1187 $nC\cdot$ cm $^{-2}$，比以前认为的大一个数量级。
2007-10-24 cond-mat.mtrl-sci
Ferroelectricity in Silver Perovskite Oxides
有两种银钙钛矿氧化物：AgNbO3和AgTaO3。AgNbO3在室温下具有Pmc 21的非中心对称基团，具有铁电极化有序。这种具有小极化的亚铁电状态可以通过高电场或通过化学改性而变为具有非常大极化的铁电状态。诱导铁电相显示出在压电器件中的应用前景的机电响应。相比之下，AgTaO3是量子顺电体，但也可以通过化学取代诱导铁电性。银钙钛矿具有良好的铁电和压电性能，这一发现有望引发对这些系统的进一步理论和实验研究。
2011-08-30 cond-mat.mtrl-sci
Localized electronic states induced by defects and possible origin of ferroelectricity in strontium titanate thin films
已经研究了包括氧空位的几种缺陷配置，作为所报道的钛酸锶（STO）薄膜的室温铁电性的可能来源[Appl. Phys. Lecture. 91，042908（2007）]。第一性原理计算表明，Sr-O-O空位复合物在SrTiO 3的带隙中产生深局域态，而不影响其绝缘性能。这些结果与从光学透射和X射线吸收测量确定的电子结构变化一致。这项工作开辟了利用氧空位及其复合物作为钙钛矿氧化物薄膜（包括STO）铁电性来源的途径。
2008-09-18 cond-mat.mtrl-sci
Unconventional magnetic ferroelectricity in the quadruple perovskite NaMn$_7$O$_{12}$
通过磁性、比热和热释电测量，我们报道了四重钙钛矿\namno的磁性铁电性，其特征在于具有倾斜的反铁磁（AFM）CE结构。令人惊讶的是，铁电性伴随着磁滞回线的急剧加宽，远低于AFM有序温度。这种非常规的行为表明，铁电畴的形成是由局部尺度上的对称交换相互作用引起的，例如在磁畴边界或缺陷处。与其他磁性多铁性材料相比，在多晶样品中测量的电极化的强度值$P = 0.027 μ$ C cm $^{-2}$相对较大，这表明上述情况确实有希望用于实际多铁性材料的合理设计。
2020-11-03 cond-mat.mtrl-sci
Strain Induced Relaxor-type Ferroelectricity Near Room Temperature in Delafossite CuCrO2
采用固相反应法合成了CuCrO2多晶样品。对这些样品进行了温度相关的介电测量、同步辐射X射线衍射（SXRD）、热释电电流和拉曼光谱测量。在CuCrO_2（铜铁矿家族的一员）体系中，在室温附近存在弛豫型铁电性的证据已经被提出。介电常数和频率色散的宽的最大值的存在表明在室温附近的CuCrO2的弛豫型铁电性。仔细分析温度相关的SXRD数据和拉曼光谱数据表明，扭曲的CrO6八面体，是引起应变的样品。由于这种应变，极性区域在非极性基质中形成，这在样品中产生弛豫型铁电性。CrO6八面体的规则化和拉曼光谱中无序诱导峰在高温下的消失可能是在该样品中观察到的介电异常背后的原因。目前的研究表明，在室温附近的弛豫型铁电性是CuCrO2系统的固有特性，使其成为一个迷人的材料进行进一步探索。
2020-01-16 cond-mat.mtrl-sci
High-temperature ferroelectricity in SrTiO$_{3}$ crystals
已知SrTiO $_{3}$是一种初期铁电体。据认为，SrTiO $_{3}$中的铁电稳定性受到量子涨落和反铁电畸变的微妙竞争的抑制。然而，铁电相可以通过掺杂、同位素操纵和应变工程等来稳定。迄今为止，观察到SrTiO $_{3}$薄膜中的铁电性存在于室温下--也就是说，当薄膜生长在特别设计的衬底上时，使用复杂的生长技术。在室温下，可以在特别设计的薄膜上写入和擦除铁电畴。在这里，我们显示出非常相似的铁电体（110）单晶体SrTiO $_{3}$没有特殊的工程以及室温以上使用piezoresponse力显微镜。局部电极化的强度的滞后切换被观察到，并且电活性域可以使用光刻技术在高达$420K$的非常高的温度下被写入和擦除。
2014-04-21 cond-mat.mtrl-sci
Large photo-induced tuning of ferroelectricity in sliding ferroelectrics
本研究通过从头算计算发现，光激发可在3R堆叠双层MoS₂滑动铁电体中大幅调控面外电极化，其机制涉及光致结构畸变和光生载流子分布，凸显了光在调控二维材料极化中的关键作用。
2024-10-01 cond-mat.mtrl-sci
Intertwined Ferroelectricity and Topological State in Two-Dimensional Multilayer
铁电性和能带拓扑的相互交织将使拓扑状态的非易失性控制成为可能，这对于具有低能耗和高响应速度的纳米电体具有重要意义。然而，设计新系统的原理尚不清楚，并且缺乏实现两个参数命令共存的可行方法。本文提出了一种基于第一性原理计算的滑动拓扑多层膜设计二维铁电拓扑绝缘体的通用方法。以三层Bi2Te3为模型系统，研究了在基于van der Waals多层膜的二维拓扑绝缘体中，通过特定的层间滑动可以诱导出面内和面外铁电性，从而实现铁电性和拓扑有序的共存.序参量的强耦合使得拓扑态对极化翻转敏感，实现了拓扑性质的非易失性铁电控制。所揭示的设计准则和铁电拓扑耦合不仅对二维晶格中耦合铁电和拓扑物理的基础研究有用，而且还使纳米器件中的新应用成为可能。
2021-02-15 cond-mat.mtrl-sci
Triggered ferroelectricity in HfO$_2$ from hybrid phonons and higher-order dynamical charges
Department of Chemical Engineering Materials Science University of Minnesota（明尼苏达大学化学工程材料科学系）
本研究提出了一种新的铁电性机制，通过混合声子和高阶动力学电荷触发铁电性，揭示了HfO₂中极化起源的复杂性。
2026-02-03 cond-mat.mtrl-sci
Ferroelectricity at the Néel Temperature of Chromium in Rare-earth Orthochromites: Interplay of Rare-earth and Cr Magnetism
我们报道了在弱铁磁性的稀土正铬铁矿RCrO 3（R=稀土）中，只有当稀土离子具有磁性时，才会在低于铬的Néel温度（TNCr）时具有相当大的自发极化（P ~ 0.2 - 0.8 \muC /cm ~ 2）的铁电性。有趣的是，ErCrO 3（TC = 133 K）的铁电性在自旋重取向（Morin）转变（TSR ~ 22 K）时消失，在该转变以下，与Cr亚晶格相关的弱铁磁性也消失，表明弱铁磁性在诱导铁电性中的关键作用。此外，通过改变磁场的极性使自发磁化（M）反转，可以使铁电极化（P）反转，这表明强磁电效应。我们认为，RCrO_3的铁电性是由于极化场破坏了对称性和Cr亚晶格中R离子的交换场稳定了极性态的共同作用而产生的。我们建议，一个类似的机制可以在同构的稀土正铁氧体，RFeO 3以及工作。
2012-12-18 cond-mat.mtrl-sci
Extrinsic ferroelectricity originated from oxygen vacancy drift in HfO2-based films
人们普遍认为，氧空位在HfO 2基材料的铁电性中起着核心作用，但其内在机制仍然是难以捉摸的。在这里，从基本的表征电路，我们提出，所观察到的铁电性是外在的。一个关键的发现是，带电的氧空位在重复的电脉冲下在样品内振荡，产生非线性电流，其行为类似于正常铁电体的极化电流。这个不需要的电流信号导致了一个类似铁电体的磁滞回线，剩余极化和矫顽场都与实验值很好地吻合，假设带电氧空位浓度在1*10^20/cm ^3附近。此外，可以利用这种机制来再现唤醒、分裂和有限耐力的效果，这些效果对于设备应用至关重要。
2021-12-26 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
Ultrafast non-thermal suppression of ferroelectricity by carrier screening in LiNbO3
Massachusetts Institute of Technology（麻省理工学院）
利用飞秒激光激发LiNbO3中的载流子，通过时间分辨二次谐波和受激拉曼散射发现，即使低浓度光生载流子也能通过瞬态屏蔽快速且持久地抑制极化，揭示了一种高效、可逆、对称性保持的超快铁电调控机制。
2026-06-29 cond-mat.mtrl-sci
Strain-tunable in-plane ferroelectricity and lateral tunnel junction in monolayer group-IV monochalcogenides
二维铁电材料是设计低维存储器件的一种很有前途的材料。在这里，我们探讨应变可调的IV族单硫族化合物MX（M=Ge，Sn; X=S，Se）的铁电性能及其在横向场隧道结器件的潜在应用。我们发现这些单层具有面内铁电性，其铁电参数与其他已知的二维铁电材料相当。在SnSe，SnS，GeSe和GeS中，我们发现GeS具有最好的器件应用的铁电参数，这可以通过施加单轴拉伸应变来进一步改善。我们使用这些材料的铁电性质的计算研究的隧道电阻（TER）的4 nm器件的横向铁电隧道结的基础上。我们发现了大量的TER比$10^3-10^5$在基于这些材料的设备，这可以进一步提高到40倍的拉伸应变的应用。
2022-01-21 cond-mat.mtrl-sci
