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
Atomic-scale theory of robust out-of-plane ferroelectricity in ultrathin films
University of Alabama at Birmingham（阿拉巴马大学伯明翰分校）；Rutgers University（罗格斯大学）
提出原子尺度理论框架，通过考虑薄膜终止层的功函数，揭示自极化和终止层可切换角色效应，解释超薄膜中稳健铁电性的起源。
2026-06-23 cond-mat.mtrl-sci
Ultrathin films of ferroelectric solid solutions under residual depolarizing field
采用第一性原理方法研究了在不同力学边界条件下，非补偿去极化电场对Pb（Zr，Ti）O $_3$薄膜性质的影响.发现了丰富多样的铁电相和极化模式，这取决于应变和表面电荷屏蔽量之间的相互作用。实例包括三斜相、具有偏振的面内和/或面外分量的单斜态、均匀和不均匀的四斜态以及特有的层状纳米畴。
2004-03-18 cond-mat.mtrl-sci
On the persistence of polar domains in ultrathin ferroelectric capacitors
超薄膜中铁电有序的不稳定性是与实现具有增强功能的许多电子器件（例如铁电和多铁性隧道结或铁电场效应晶体管）相关的最重要的基本问题之一。在本文中，我们研究了典型的铁电异质结构的极化状态：外延单晶BaTiO $_3$薄膜夹在最常用的钙钛矿电极之间，SrRuO $_3$，最常用的钙钛矿衬底，SrTiO $_3$。我们使用的piezoresponse力显微镜，介电测量和结构表征的组合，提供确凿的证据，为铁电性质的弛豫极化状态的BaTiO $_3$电容器。我们发现，即使SrRuO $_3$电极的高屏蔽效率仍然不足以在室温下稳定SrRuO $_3$ /BaTiO $_3$ /SrRuO $_3$异质结构中的极化。我们确定的畴壁运动在确定的宏观电性能的电容器的关键作用，并讨论了他们的介电响应在最近的兴趣在负电容行为的光。
2017-06-16 cond-mat.mtrl-sci
Experimental verification of polar structures in ultrathin BaTiO_{3} layers using resonant x-ray reflectivity
铁电薄膜功能器件作为下一代存储器和逻辑器件的一种有希望的候选材料，受到了人们的广泛关注。然而，使用超薄铁电层，特别是接近二维极限的铁电层，控制铁电开关和通过光谱工具观察铁电性仍然具有挑战性。特别是，传统的方法，如电气测量和压电响应力显微镜是非常有限的，由于漏电流和小的铁电信号。在这里，我们表明，SrTiO 3（100）衬底上生长的SrRuO 3/BaTiO 3/SrRuO 3异质结的铁电性可以使用共振X射线反射率（RXRR）测量。这种实验技术可以提供特定元素的电子深度分布，以及增加的灵敏度，钛偏心位移在Ti K前边缘。RXRR的深度灵敏度选择性地检测强的极化依赖性的Ti前边缘功能的SrTiO 3层，同时区分的SrTiO 3基板的贡献。该技术验证了BaTiO 3层可以是铁电的，其最低实验极限为2.5个晶胞的临界厚度。我们的研究结果为探索基于铁电纳米电子器件开辟了一条新的途径。
2022-07-16 cond-mat.mtrl-sci
Homogeneous switching in ultrathin ferroelectric BaTiO3 films
BaTiO_3薄膜的开关动力学研究证实了BaTiO_3薄膜中存在均匀的无畴开关。我们认为，均匀开关是所有铁电材料的共同现象。
2012-04-21 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Ferroelectric properties of SrRuO3/BaTiO3/SrRuO3 ultrathin film capacitors free from passive lay
结构研究的SrRuO 3/BaTiO 3/SrRuO 3电容器，与BaTiO 3的厚度在5 nm和30 nm之间，显示出良好定义的界面之间的铁电BaTiO 3和电极SrRuO 3层。在这些电容器中，我们不能观察到任何外在的电效应，由于形成绝缘的界面无源层或无源层引起的电荷注入。这种高质量的界面导致非常好的耐疲劳性，即使对于5 nm厚的BaTiO 3电容器也是如此。
2005-06-20 cond-mat.mtrl-sci
Non-volatile ferroelectric memory effect in ultrathin α-In2Se3
最近的实验证实了层状α-In_2Se_3在室温下具有铁电性。这一发现使得α-In 2Se 3成为开发具有非易失性功能的二维（2D）层状材料电子器件的绝佳平台。在这篇文章中，我们展示了一个混合的二维铁电场效应晶体管（FeFET）的非易失性存储效应的α-In 2Se 3和石墨烯制成。铁电体α-In 2 Se 3的电极化的强度导致静电掺杂，从而使FeFET中石墨烯沟道的电阻可调且具有保持性。电子逻辑位可以用顶栅铁电体中的电偶极子的不同取向来表示和存储。2D FeFET可以在多于$10^5$周期上随机重写，而不会失去非易失性。我们的方法演示了一个原型的可重写的非易失性存储器与铁电性范德瓦尔斯二维材料。
2018-10-12 cond-mat.mtrl-sci
Ferroelectricity in ultrathin film capacitors
到了薄膜的极限，铁电隧道结或电阻存储器等新一代器件就有了希望。然而，这些长度尺度也使器件对与小型化相关的寄生效应敏感，并且更好地理解随着尺寸减小会发生什么对于这些器件的未来发展具有实际重要性。随着材料制备和表征的实验进展与铁电体理论建模的巨大进展，理论家和实验家终于可以探索相同的长度和时间尺度。这使得理论和实验之间的实时反馈成为可能，新的发现现在经常在实验室和计算机上进行。在这一章中，我们将重点介绍基于密度泛函理论的建模方法的最新进展，以及它在我们理解铁电体中所起的作用。我们将首先简要介绍铁电性和铁电氧化物，然后概述主要的理论发展。然后，我们将讨论钙钛矿氧化物中铁电性的一些微妙之处，然后再将注意力转向本章的主题--钙钛矿薄膜中的铁电性。我们将详细讨论的机械，电气和化学边界条件的影响，在平行板电容器的几何形状的极性状态的稳定性，引入的概念去极化领域，往往不稳定的铁电性。我们将研究薄铁电体保持其极性状态的其他方法，重点是铁电畴和畴壁。最后，我们将简要讨论人工层状铁电体及其作为电子应用定制材料的潜力。
2012-08-27 cond-mat.mtrl-sci
Ferromagnetic-like closure domains in ferroelectric ultrathin films
本文从第一性原理出发，模拟了短路条件下两金属SrRuO $_3$电极间的BaTiO $_3$单胞电容器中铁电畴的能量、结构和电子性质。畴稳定下来，两个单位电池，采用封闭的域的形式，常见的铁磁体，但最近才在铁电薄膜的实验检测。通过电极的第一SrO层中的原子的面内弛豫，畴被闭合，其表现得比在金属SrRuO $_3$中更像在高度可极化SrTiO $_3$中的SrO。即使很小，这些横向位移是必不可少的稳定域，并可能提供一些线索，以解释为什么有些系统打破域，而其他人仍然在一个单域配置。静电势的分析揭示了铁电电极界面处的带电缺陷的钉扎的优先点，可能在膜疲劳中起主要作用。
2007-10-08 cond-mat.mtrl-sci
Intrinsic Origin of Enhancement of Ferroelectricity in SnTe Ultrathin Films
先前的研究表明，随着铁电薄膜变薄，它们的居里温度（Tc）和低于Tc的极化都典型地降低。相反，最近的一项实验[Chang et al.，Science 353，274（2016）]观察到原子厚度的SnTe膜具有比其本体对应物更高的Tc，这归因于外部效应。在这里，我们发现，使用第一性原理计算，即0 K的能量势垒的极化开关（这是一个数量直接相关的Tc）是最高的研究无缺陷的SnTe薄膜比散装SnTe，和5单元电池（UC）的SnTe薄膜具有最大的能量势垒作为杂交相互作用和泡利排斥之间的相互作用的结果。进一步的模拟，采用目前开发的有效哈密顿量，确认独立的无缺陷的SnTe薄膜具有较高的Tc比散装SnTe，除了1-UC的情况下。因此，我们的工作表明，通过减少其厚度，本质上提高铁电薄膜的可能性。
2018-05-10 cond-mat.mtrl-sci
Domain tuning in mixed-phase BiFeO3 thin films using vicinal substrates
利用压电力显微镜和高分辨X射线倒易空间成像研究了在邻位LaSrAlO4衬底上生长的高应变BiFeO3薄膜的结构和铁电畴的变化。通过衬底表面的对称破缺，可以大大减少高应变MC相BiFeO 3中的铁弹畴变体。在具有较大错切角的基底上可以获得单畴薄膜，这伴随着混合相纳米畴中结构变体的减少。这些发现有助于更好地理解应变驱动准同型相系统中的相演化和极化旋转过程。
2012-03-01 cond-mat.mtrl-sci
Ferroelectricity and tetragonality in ultrathin PbTiO3 films
在外延生长的c轴取向的PbTiO_3薄膜中，厚度从500埃到24埃，四方性随厚度的演变已被探测到。高分辨率的X射线指出，随着膜厚度的减小，c轴晶格参数在200埃以下系统地减小。使用第一性原理模型哈密顿方法，四方性的减少与归因于残余未屏蔽去极化场的存在的极化的减少有关。结果表明，低于50埃的薄膜显示出显着降低的极化，但仍然保持铁电。
2004-10-01 cond-mat.mtrl-sci
Ferroelectric metal-oxide-semiconductor capacitors using ultrathin single crystalline SrZrxTi1-xO3
多功能氧化物在半导体上的外延生长已经开辟了将新功能引入半导体器件技术的途径。特别是，集成在半导体上的铁电材料可能会导致低功率场效应器件，可用于逻辑和存储器。铁电金属氧化物半导体（MOS）电容器的发展是实现这种场效应器件的关键，其中铁电栅极的极化耦合到半导体沟道的表面电势。在这里，我们表明，铁电MOS电容器可以实现使用单晶SrZrxTi 1-xO 3（x = 0.7），已外延生长在Ge上。我们发现，SrZrxTi 1-xO 3的铁电性能是非常强大的，作为栅极层薄至5 nm对应的等效氧化物厚度仅为1.0 nm表现出一个~ 2 V的滞后窗口的电容-电压特性。具有纳米栅厚度的铁电MOS电容器的发展为纳米电子器件开辟了新的前景。
2017-03-01 cond-mat.mtrl-sci
Strongly coupled phase transition in ferroelectric/correlated electron oxide heterostructures
采用脉冲激光外延法在SrTiO 3衬底上制备了由Pb（Zr 0. 2 Ti 0. 8）O 3和相关电子氧化物（CEO）La 0. 8 Sr 0. 2 MnO 3组成的铁电/相关电子氧化物异质结构。空穴积累在C2 H2O CEO层的铁电层的异质结构，导致在绝缘体-金属过渡的实质上修改。特别是，我们的厚度依赖性的研究表明，在运输和磁性的急剧变化强烈耦合到载流子的铁电场效应，这是局限于界面附近的调制。因此，我们的研究结果提供了重要的证据，强铁电场效应的控制，可以实现在10纳米（10纳米）异质结构，产生至少100,000倍的电阻率变化。
2012-07-19 cond-mat.mtrl-sci
Theoretical phase diagram of ultrathin films of incipient ferroelectrics
我们用第一性原理方法计算了{ \sl初期}铁电KTaO $_3$薄膜的温度-失配应变"Pertsev“相图。我们的研究结果表明，在与体材料的差异，KTaO $_3$薄膜不能被描述为量子顺电。相反，薄膜的行为在很大程度上取决于表面/界面效应，有利于铁电性和去极化场的不完善的屏蔽。这导致Pertsev相图是定性类似的{ \sl正常}铁电体，如钛酸钡$_3$。
2007-02-12 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Domain evolution in bended freestanding BaTiO3 ultrathin films: a phase-field simulation
过氧化物铁电氧化物通常被认为是脆性材料，然而，最近的工作[Dong等人，Science 366，475（2019）]证明了独立BaTiO 3薄膜中的超弹性。这一特性可能来源于铁电畴在弯曲过程中的演化，这在实验中是很难观察到的。因此，了解薄膜的弯曲变形、厚度和畴动力学之间的关系对于它们在柔性铁电器件中的潜在应用至关重要。本文采用相场模拟方法研究了BaTiO_3自支撑薄膜在40°大弯曲变形下的铁电极化动力学。铁电畴的演化揭示了从磁通闭合到具有“涡旋状”结构的a/c畴的转变，这是由面外铁电极化的增加引起的。此外，通过在相同的弯曲情况下改变膜厚度，我们发现只有当膜厚度达到12 nm或更高时，才出现具有“涡旋状”结构的a/c相。研究结果为弯曲铁电钙钛矿氧化物薄膜的微结构演化提供了有益的信息，为铁电薄膜在柔性电子器件上的应用提供了指导。
2020-03-29 cond-mat.mtrl-sci
Decoupling effects of the resistive-switching behavior on the polarization reversal in ultrathin ferroelectric Hf0.5Zr0.5O2 films
Harbin Institute of Technology, Shenzhen（哈尔滨工业大学（深圳））；Quantum Science Center of Guangdong-Hong Kong-Macao Greater Bay Area（粤港澳大湾区量子科学中心）；Westlake University（西湖大学）；Indian Institute of Science（印度科学学院）；University of Science and Technology Beijing（北京科技大学）
研究解耦超薄铁电HZO薄膜中电阻开关行为与极化反转过程，揭示其对设备性能的影响并提出改进策略。
2026-02-04 cond-mat.mtrl-sci
Polarization Switching Dynamics Governed by Thermodynamic Nucleation Process in Ultrathin Ferroelectric Films
研究了铁电薄膜中畴变过程中一个长期存在的问题--畴如何形核.我们证明，在大的去极化场的薄膜可以显着降低成核能垒（U*）的水平相当的热能（kBT），导致幂律的极化衰减行为。U* 是热不可克服的“Landauer's paradox”并不是铁电薄膜极化反转的关键问题。我们经验地发现极化衰减行为和U*/kBT之间的普遍关系。
2006-05-03 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Defeating depolarizing fields with artificial flux closure in ultrathin ferroelectrics
通过人工磁通闭合架构，在超薄铁电体中稳定面外铁电性，并发现绝缘体屏蔽退极化场的能力可超越金属，为氧化物电子学提供新思路。
2022-12-21 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
Theory of ultrathin ferroelectrics: the case of CsGeBr$_3$
该研究基于第一性原理模拟建立超薄铁电薄膜理论，通过局域极化与偶极模式分类器揭示 CsGeBr$_3$ 等材料的单畴/纳米畴相变机制及多种纳米畴形态。
2024-04-05 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
Compositional gradient engineering for enhanced ferroelectricity in ultrathin AlScN
University of Pennsylvania（宾夕法尼亚大学）
通过组分梯度分布（Sc单调掺入和AlN-rich边界）在20 nm AlN-AlScN异质结构中实现可逆铁电开关，击穿场提高21%，剩余极化增强10%，电阻率提高40倍，并在5 nm堆叠中实现1 V附近开关。
2026-06-12 cond-mat.mtrl-sci
Coexistence of ferroelectric and ferrielectric phases in ultrathin antiferroelectric PbZrO3 thin films
Catalan Institute of Nanoscience and Nanotechnology (ICN2)（加泰罗尼亚纳米科学和技术研究所）；School of Aerospace, Mechanical and Mechatronic Engineering, The University of Sydney（悉尼大学航空航天、机械与机电工程学院）；Institut Català de Recerca i Estudis Avançats (ICREA)（加泰罗尼亚研究与高级研究学院）
研究发现超薄PbZrO3薄膜在临界厚度范围内同时存在铁电和铁铁电相，揭示了其微结构特性对性能的影响。
2024-08-01 cond-mat.mtrl-sci
Ultrathin epitaxial ferroelectric films grown on compressive substrates: Competition between the surface and strain effects
利用平均场Landau型理论分析了生长在不同立方衬底上的外延铁电薄膜的极化特性，这些薄膜在薄膜平面内产生双轴压应力。通过外推长度的概念考虑了薄膜表面对自发极化的本征影响。该理论同时考虑了厚衬底对薄膜晶格施加的失配应变的影响。数值计算进行了PbTiO 3和BaTiO 3薄膜的表面层的极化减少的假设下。薄膜的平均偏振计算为膜厚，温度和失配应变的函数。结果表明，由于薄膜晶格的面内压缩，外延薄膜中的负本征尺寸效应减小。在室温下，平均极化的强烈降低可能只发生在薄膜（厚度~ 1 nm）。理论预测进行了比较与现有的实验数据上生长的SrRuO 3涂层SrTiO 3的钛酸钡薄膜的极化特性。
2001-11-12 cond-mat.mtrl-sci
Ultrathin AlScN for low-voltage driven ferroelectric-based devices
AlScN中铁电性的厚度缩放是其在神经形态计算和存储设备中的潜在应用的决定因素。在这封信中，我们报告在室温下铁电开关的10 nm的Al0.72Sc0.28N薄膜。采用磁控溅射法在GAN/蓝宝石衬底上生长了全外延Al0.72Sc0.28N/Pt异质结构，并采用原位Pt覆盖法避免了Al0.72Sc0.28N薄膜表面的氧化。通过X射线衍射和透射电子显微镜的结构表征揭示了既定的外延。由此获得的高品质的界面结合原位盖帽预计将促进铁电开关的AlScN在dielectric制度。的相对介电常数和矫顽场的依赖关系的Al0.72Sc0.28N膜厚度在100 nm至10 nm的范围内的分析表明，只有适度的缩放效应，这表明铁电性的临界厚度尚未接近。此外，沉积的层堆叠证明了使用溅射沉积技术将外延铁电AlScN包括到全外延GaN基器件中的可能性。因此，我们的工作突出了集成和缩放潜力的所有外延外延AlScN提供高存储密度与低电压操作所需的最先进的铁电存储器设备的状态配对。
2022-07-05 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Equilibrium and Stability of Polarization in Ultrathin Ferroelectric Films with Ionic Surface Compensation
热力学理论发展的铁电相变的铁电薄膜在平衡的化学环境，提供离子物种，以补偿其表面。基于Landau-Ginzburg-Devonshire理论，使用电化学平衡提供离子补偿边界条件，开发了状态方程和自由能表达式。计算了单畴PbTiO $_3$（001）薄膜与SrTiO $_3$的相干应变，其暴露的表面和其电子导电的底部电极与受控的氧分压平衡。不同极化相的稳定性和亚稳边界被确定为温度，氧分压和膜厚度的函数。给出了显示极化和内部电场的相图。在低于厚度相关居里点的温度下，高或低的氧分压分别稳定正或负极化。结果进行了比较的标准情况下的电子补偿控制的两个电极上施加的电压或电荷。通过与环境的化学平衡进行的离子表面补偿在相图中引入了新的特征。在非极性膜中，当在固定温度下改变外部化学势时，在带电表面物质不以足够的浓度存在以稳定极性相的条件下，稳定的非极性相可以出现在正极性相和负极性相之间。
2011-07-30 cond-mat.mtrl-sci
Enhanced polarization switching characteristics of HfO2 ultrathin films via acceptor-donor co-doping
针对HfO2基铁电材料极化翻转速度慢的问题，提出受主-施主共掺杂策略，在La3+-Ta5+共掺杂HfO2超薄膜中实现了显著增强的铁电性和目前最快的翻转速度，3nm厚薄膜仍保持稳定电学特性，为调控HfO2铁电性能提供新途径。
2024-03-08 cond-mat.mtrl-sci
Switchable Topological Polar Textures in Freestanding Ultrathin Ferroelectric Oxides
Institute of Physics, Czech Academy of Sciences（捷克科学院物理研究所）
研究揭示自由悬挂超薄铁电层存在多种极性态，通过电场可逆控制其复杂极性状态，为未来铁电器件应用提供新途径。
2026-04-13 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Kinetic control of ferroelectricity in ultrathin epitaxial Barium Titanate capacitors
University of Southern California（南加州大学）；Georgia Institute of Technology（佐治亚理工学院）；Intel Corporation（英特尔公司）
通过操控脉冲激光沉积过程中等离子体的动能，实现超薄铁电电容器异质结构的高性能铁电特性，如低开关电压、长保持时间和高耐久性。
2024-07-19 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Flexoelectricity-stabilized ferroelectric phase with enhanced reliability in ultrathin La:HfO2 films
本文研究了超薄La:HfO2外延薄膜中挠曲电效应诱导的三方晶格畸变，该畸变稳定了亚稳态铁电相并显著提升了薄膜的抗疲劳耐久性，为集成铁电应用提供了新思路。
2023-02-22 cond-mat.mtrl-sci
Polarizing ultrathin ferroelectric BaTiO3 films through interfacial layer polarization
ETH Zurich（苏黎世联邦理工学院）
利用SmNiO3缓冲层的带电原子面作为极化模板，在超薄BaTiO3薄膜中稳定极化，并抑制了退极化场导致的临界厚度，实现了从第一个单胞开始出现净极化。
2026-06-12 cond-mat.mtrl-sci
Improper Ferroelectricity at the Monolayer Limit
Cornell University（康奈尔大学）；University of Nebraska, Lincoln（内布拉斯加大学林肯分校）；Leibniz-Institut für Kristallzüchtung（莱布尼茨晶体生长研究所）；Pacific Northwest National Laboratory（太平洋西北国家实验室）；The Pennsylvania State University（宾夕法尼亚州立大学）；University of California, Berkeley（加州大学伯克利分校）；Rice University（莱斯大学）；Kavli Institute at Cornell for Nanoscale Science（康奈尔卡弗里纳米科学研究所）；Princeton University（普林斯顿大学）
研究发现单层极限下的不正常铁电性，通过稳定主要序参量实现超薄铁电材料的制备。
2025-03-08 cond-mat.mtrl-sci
A ferroelectric problem beyond the conventional scaling law
近年来，铁电体的尺寸效应已经被广泛报道，而非本征效应（如缺陷和晶格应变）也经常被采用。通过基于第一性原理的有限温度（$T$）模拟，我们发现，这些异常是固有的不寻常的对称性破缺从散装到薄膜。电子结构的变化导致表征体相和薄膜中FE相变的序参量不同，标度律失效。超越标度律$T_{\text{c}}$限制，这种机制可以帮助预测材料有前途的房间$T$的广泛兴趣的MEMS器件。
2018-07-02 cond-mat.mtrl-sci
Continuous theory of ferroelectric states in ultrathin films with real electrodes
根据连续介质理论，在具有真实金属电极（或电极附近的死层）的非常薄的铁电膜中，畴结构降低为铁电极化的正弦分布。这种正弦结构在20世纪80年代被认为是用于在电极附近具有死层的电容器中的准铁电相变。我们给出了一个评论这个理论和它的进一步发展的情况下，真正的金属电极。一般理论的目标是一致地解释实验数据在非常薄膜与真正的金属电极。这是说明最近的实验数据为5-30 nm的钛酸钡薄膜与SrRuO 3/SrTiO 3电极。实际金属电极的屏蔽长度很小（<1A），但它对铁电性能和相行为有着深刻的影响。这个一般理论也允许制定重要的开放问题，并显示其解决方案的路径。特别地，这是找到系统的参数的问题，其可以在期望的寿命内维持铁电存储器。
2008-04-22 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.stat-mech
Magnetic anisotropy of vicinal (001) fcc Co films: role of crystal splitting and structure relaxation in step-decoration effect
计算了面心立方Co（$N$）薄膜（001）面上单台阶的单轴面内磁各向异性（UIP-MA）常数。对未装饰的台阶和用一根或多根（最多7根）Cu线装饰的台阶进行计算。我们的目标是解释的机制，通过该装饰降低的UIP-MA常数，这是实验观察到的效果，沉积在相邻的（001）Cu表面上的Co-Co薄膜，并可能导致在膜平面内的磁化重取向。用一个现实的紧束缚模型进行的理论计算表明，步骤装饰改变UIP-MA常数显着只有当分裂的各种$d$ -轨道之间的现场能量包括位于附近的步骤边缘的原子。台阶周围的原子结构的局部弛豫也被证明对UIP-MA常数的移动有显着的影响。通过检查台阶周围原子对UIP-MA常数的单独贡献，进一步分析了这两个相关因素的影响。得到的UIP-MA位移的大小与实验数据吻合得很好。还发现由于Cu和Co原子之间可能的电荷转移而产生的额外位移非常小。
2006-04-11 cond-mat.mtrl-sci
Low-voltage Ferroelectric Field-Effect Transistors with Ultrathin Aluminum Scandium Nitride and 2D channels
该研究在超薄AlScN铁电薄膜上制备MoS2单层沟道FeFET，通过减薄铁电层将栅极电压降至3V以下，并系统分析厚度、制备方法和环境对磁滞行为的影响，为低功耗CMOS兼容存储计算器件提供优化路径。
2025-04-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Origin of ferroelectric domain wall alignment with surface trenches in ultrathin films
在铁电薄膜和超晶格表面刻蚀沟槽可以控制铁电畴壁的取向和方向。通过利用DW-表面沟槽（ST）平行对准的现象，已知DW成为电导体的系统现在可以仅使用标准光刻技术成为有用的纳米电路。尽管有这种明确的应用，但导致对齐现象的微观机制仍然难以捉摸。以PbTiO $_3$薄膜为模型系统，采用大尺度密度泛函理论对5,136个原子进行了模拟，探讨了这一机制.虽然我们预计多个因素，我们表明，平行DW-ST对齐可以很好地解释这种配置引起的电偶极矩的安排，最好的恢复极性连续性的膜。这些时刻保持原始膜的极性纹理，从而最大限度地减少ST诱导的去极化场。鉴于这种机制的一般性，我们建议，ST可用于工程师在各种FE纳米结构的其他异国情调的极性纹理支持ST诱导的极性摆线调制的外观在这封信中。我们的模拟也支持ST诱导的负应变已被建议发挥作用的对齐机制的实验观察。
2021-10-29 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Observation of giant remnant polarization in ultrathin AlScN at cryogenic temperatures
本研究在12 K下发现10 nm AlScN薄膜具有超过250 μC/cm²的巨剩余极化，为已知铁电体的两倍以上，且耐13 MV/cm高场并稳定开关逾10^4次，确立了纤锌矿铁电体在低温非易失存储和量子技术中的独特地位。
2025-03-25 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
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
Ultrathin SnTe films as a route towards all-in-one spintronics devices
基于附接到铁磁电极的半导体沟道的自旋晶体管遭受快速自旋衰减和极低的自旋注入/检测效率。在这里，我们提出了一种替代的所有功能于一身的自旋器件，其工作原理依赖于二维（2D）SnTe，其中相当大的自旋霍尔效应，消除了使用铁磁体的自旋寿命的电操纵。特别是，我们探讨了持久的自旋纹理（PST）内在地存在于铁电相，保护自旋退相干，并支持非常长的自旋寿命。我们的第一性原理计算和对称性论证揭示了这种自旋波模式可以被垂直电场从外部失谐，导致自旋随机化和自旋寿命的降低.我们进一步扩展我们的分析，以SnTe薄膜，并确认PST的出现，以及适度增强的内在自旋霍尔电导率。最近在室温下对2D-SnTe铁电相的观察表明，新型全电自旋电子器件即将实现。
2020-06-06 cond-mat.mtrl-sci
Electric-field-controlled directional growth of ferroelectric domains in multiferroic BiFeO3 films
本文描述了在邻位（001）SrTiO_3衬底上外延生长的多铁性BiFeO_3薄膜中铁电畴的定向生长。详细的薄膜结构分析表明，应变梯度，它可以创建一个对称性破缺的铁电双阱电位，导致铁电畴生长的电场的影响下，优先方向性。我们的研究结果表明，通过对铁电薄膜施加约束，如应变梯度，用电场控制畴生长方向的可能性。
2009-09-30 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Fatigue-free ferroelectricity in Hf0.5Zr0.5O2 ultrathin films via interfacial design
针对HfO2基铁电材料的疲劳可靠性难题，通过构建CeO2-x氧海绵异质界面和对称电容器结构的双策略，实现了超10^11次无疲劳开关与超10^12次耐久寿命，为超稳定铪基铁电器件研发奠定基础。
2025-01-12 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Unusual vortex structure in ultrathin Pb(Zr$_{0.5}$Ti$_{0.5}$)O$_3$ films
利用第一性原理方法，我们确定了PbZr $_{0.5}$ Ti $_{0.5}$ O $_3$薄膜的铁电图形.结果表明，在系统中形成了涡旋条纹，它们是观测到的180个$^\circ$畴的原因。当外加一个局部外场时，涡旋条纹转变为涡旋环结构，导致在场区中心形成一个极化方向与外场反平行的小畴。这可以提供一种方便的方式来操纵薄膜中的纳米畴。
2004-07-27 cond-mat.mtrl-sci
Intrinsic ferroelectric properties of strained tetragonal PbZr0.2Ti0.8O3 obtained on layer-by-layer grown, defect-free single crystalline films
PbZrxTi 1-xO 3（PZT）是目前最重要的铁电材料之一。大块单畴单晶PZT从来没有被合成为一个显着的组成范围内的固溶体相图。这使得PZT的基本性质处于争论之中。无缺陷单晶薄膜的合成使我们能够明确地确定描述铁电材料的本征量，如自发极化和介电常数。采用脉冲激光沉积法（PLD）在SrTiO 3（001）单晶衬底上生长了无缺陷的应变PbZr 0. 2 Ti 0. 8 O 3薄膜。采用PLD法制备的SrRuO 3单晶薄膜作为底电极。PZT薄膜具有方形形状的磁滞回线和剩余极化值高达Pr= 110 μ C/cm 2，这是相当高的理论值预测（无应变）散装单晶PZT的调查组合物。薄膜的介电常数eps 33 = 90，压电系数d33= 50 pm/V。
2006-01-16 cond-mat.mtrl-sci
Tuning of the depolarization field and nanodomain structure in ferroelectric thin films
铁电薄膜中金属-铁电界面的屏蔽效率对铁电薄膜的极化稳定性和功能特性起着决定性的作用。不完美的屏蔽导致强去极化场，其降低自发极化或驱动铁电畴的形成。我们证明，通过修改屏蔽在金属-铁电界面通过插入的介电间隔，去极化场的强度可以被调谐，从而用于控制纳米级域的形成。使用piezoresponse力显微镜，我们遵循的域配置的演变，以及作为去极化场强的函数的极化稳定性。
2015-07-30 cond-mat.mtrl-sci
Study of electronic and magnetic properties and related x-ray absorption spectroscopy of ultrathin Co films on BaTiO$_3$
利用第一性原理研究了BaTiO $_3$（001）单晶上Co薄膜的电磁性质。的晶体结构的1，2，和3单层厚的Co膜被确定，并作为输入计算的电子和磁性的薄膜。交换常数的估计表明，Co膜是铁磁性的，具有高的临界温度，这取决于膜的厚度和界面的几何形状。此外，我们计算了X射线吸收光谱，相关的磁圆二色性（XMCD）和线性二色性（XLD）的Co L $_{2,3}$边缘作为Co膜厚度和BaTiO $_3$的铁电极化的函数。我们发现的特征，这在很大程度上取决于磁性和薄膜的结构。虽然只有一个弱的依赖性的XMCD光谱的铁电极化，薄膜的XLD是更敏感的极化开关，这可能是实验观察到的。
2015-05-29 cond-mat.mtrl-sci
Giant negative electrostriction and dielectric tunability in a van der Waals layered ferroelectric
对铁电范德华晶体的兴趣来自于由于这些材料的降低的表面能和允许剥离的层状结构而实现铁电系统的潜力。在这里，我们定量地揭示了范德华层状铜铟硫代磷酸盐（CIPS）的巨负电致伸缩，其表现出高达-3.2 m4/C2的Q33和高达-85 pm/V的d33。CIPS的机电响应在幅度上与已建立的钙钛矿铁电体相当，尽管其具有小得多的自发响应。极化只有几个uC/cm 2。在顺电状态下，由于低的转变温度，CIPS表现出大的介电可调谐性，类似于广泛使用的钛酸锶钡，因此具有巨大的和连续可调谐的机电响应。顺电状态下的电致伸缩和可调响应的持久性表明，即使是很少的层膜或纳米颗粒也会维持显著的机电功能，抵消了纳米级极限下铁电性能的不可避免的抑制。这些研究结果可能会扩展到其他铁电过渡金属硫代磷酸盐和（准）二维材料，并可能促进对新的电致伸缩功能器件的机电响应的追求。
2019-02-01 cond-mat.mtrl-sci
Origin of Anomalous Size Effects in Ferroelectric Hafnia Thin Films
Westlake University（西湖大学）；Westlake Institute for Advanced Study（西湖高等研究院）；Harbin Institute of Technology, Shenzhen（哈尔滨工业大学（深圳））
研究揭示了铁电氧化铪超薄薄膜中异常尺寸效应的成因，通过理论与模型分析发现，残余极化场的负纵向压电响应与表面应力的正效应共同导致晶格膨胀，且通过取向工程可实现超铁电性，为器件集成提供新策略。
2026-06-05 cond-mat.mtrl-sci
Atomic-scale compensation phenomena at polar interfaces
介电薄膜或铁电薄膜的界面屏蔽电荷是决定介电铁电体电容或极化的最重要因素。在这里，我们调查使用像差校正电子显微镜和密度泛函理论界面如何应付需要终止铁电极化。在一种情况下，我们显示了离子屏蔽的证据，这已经被理论预测，但从未观察到。对于绝缘衬底上的铁电薄膜，我们发现，补偿可以介导的界面电荷产生的，例如，由氧空位。
2010-10-26 cond-mat.mtrl-sci
Ferroelectric Phase Transitions in Ultra-thin Films of BaTiO3
我们提出了一个现实的模型的钛酸钡$_3$夹在短路的电极，以确定和理解膜的厚度，外延应变和电极的性质对其铁电相变的影响作为温度的函数的分子动力学模拟。我们确定了一个完整的外延应变温度相图中存在的完美电极。即使消失的去极化场，我们发现，铁电相变的状态与平面内和平面外的极化分量表现出厚度的依赖性，它产生的相互作用的局部偶极子与他们的静电图像中存在的电极。第二，在存在相对较差的金属电极的情况下，其仅部分地补偿表面电荷和去极化场，在低温下稳定具有条状畴的定性不同的相。
2007-05-24 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
Tailoring Lattice Strain and Ferroelectric Polarization of Epitaxial BaTiO3 Thin Films on Si(001)
采用脉冲激光沉积法制备了具有大极化的BaTiO_3铁电薄膜。在约300 ℃宽的衬底温度范围内获得高质量的c取向外延膜。沉积温度严重影响生长动力学和热力学平衡，导致在钛酸钡极轴的应变，这可以超过2%的膜厚超过100 nm的高影响。铁电极化与应变成比例，因此沉积温度可以用作定制铁电极化的有效工具。所开发的策略克服了基于衬底选择的传统应变工程方法的主要局限性：它可以应用于包括Si（001）和钙钛矿的特定衬底上的膜，并且它不限于双晶膜。
2018-01-24 cond-mat.mtrl-sci
