正交晶系YMnO3薄膜的铁电性和应变效应

从第一性原理看简单钙钛矿中应变诱导的杂合反常铁电性

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。

SrTiO $_3$膜的应变诱导室温铁电性

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。

SrTiO3应变诱导铁电性的从头算研究

ab initio Study of Strain-Induced Ferroelectricity in SrTiO3

用第一性原理结构优化技术研究了自支撑和面内应变SrTiO 3的带中心畸变的总能量表面上的谷线[Jpn. J. Appl.Phys.vol.43（2004），p.6785]。数值计算的结果证实，铁电性诱导，居里温度增加，通过施加双轴压缩或拉伸应变。沿着失真，软，硬模式之间的强非线性耦合被证明。

正交晶系LuFeO $_3$铁电性的起源

Origin of Ferroelectricity in Orthorhombic LuFeO$_3$

我们表明，小，但有限的铁电极化（$\sim$ 0.01 $μ$ C/cm $^2$）出现在正交LuFeO $_3$（$Pnma$）在$T_N$（$\sim$ 600 K），因为相称（k = 0）和共线磁结构。同步辐射X射线和中子衍射数据表明，极化可能源于增强的键共价性以及晶格的细微贡献。理论计算表明，键的共价性增强，以及结构过渡到极性$Pna2_1$相低于$T_N$的可能性。事实上，发现$Pna2_1$相在正交LuFeO $_3$（$albeit$具有非常小的能量差）中比在同构和非铁电LaFeO $_3$或NdFeO $_3$中在能量上有利地低于$T_N$。施加电场通过电致伸缩在LuFeO $_3$中引起有限的压致伸缩，从而在压电响应力显微镜中产生清晰的畴衬度图像。

第一性原理研究[111]取向外延应变SrTiO $_3$的铁电性

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。

哈夫尼氏菌的铁电性来源

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 .

外延应变Pb $_2$ TiO $_4$铁电性的第一性原理研究

First principles investigation of ferroelectricity in epitaxially strained Pb$_2$TiO$_4$

本文用密度泛函理论研究了假设的Ruddlesden-Popper化合物Pb $_2$ TiO $_4$的结构和极化。计算了空间群为$I4/mmm$的高对称性K-$_2$-NiF-$_4$-型参考结构的带内声子.在理论基态晶格常数下，存在一个不稳定的红外激活声子。该声子冻结以产生$I2mm$铁电态。作为外延应变的函数，两个额外的铁电相被发现，与空间群$I4mm$和$F2mm$在压缩和拉伸应变，分别。

铜铁矿CuCrO2室温应变诱导弛豫型铁电性

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。

应变PbTiO $_3$薄膜的取向相关铁电性

Orientation-dependent ferroelectricity of strained PbTiO$_3$ films

PbTiO $_3$是一种简单但非常重要的铁电氧化物，已被广泛研究并广泛应用于各种技术应用中。然而，大多数先前的研究和应用是基于本体材料或常规的[ $001$ ]取向的膜。关于沿其它晶轴生长的PbTiO $_3$薄膜的研究较少。在这项研究中，第一性原理计算进行计算的PbTiO $_3$薄膜的极化由SrTiO $_3$和LaAlO $_3$衬底应变。结果表明，PbTiO $_3$薄膜的极化强度与薄膜的生长取向和单斜取向角密切相关。此外，它表明，PbTiO $_3$的铁电性主要取决于晶格的四方性，而不是简单的应变。

第一性原理研究CaTiO $_3$的应变诱导铁电性

Strain-induced ferroelectricity in CaTiO$_3$ from first principles

第一性原理计算被用来调查的钙钛矿氧化物CaTiO $_3$的结构上的外延应变的影响，特别关注的正交平衡块体$Pbnm$结构中隐藏的极性不稳定性相关的铁电相的稳定，但发现在以前的第一性原理研究的理想立方钙钛矿高对称性参考结构。在1.5%的应变，我们发现之间的$ab$ - $ePbnm$相，有利于压缩应变，和$c$ - $ePbnm$相的外延取向过渡。对于较大的拉伸应变，极性不稳定性的$c$ - $ePbnm$相和外延应变诱导的铁电相的发展获得与极化沿$<$ 110 $>$方向相对于原始钙钛矿晶格矢量的正方形基板。

HfO基薄膜铁电性的原因：$\textit{ab initio}$观点

Causes of ferroelectricity in HfO$_{2}$-based thin films: An $\textit{ab initio}$ perspective

我们提出了一个全面的第一性原理研究掺杂氧化物，以了解铁电正交[001]晶粒的形成。假设在生长的早期阶段存在四方晶系晶粒，匹配平面分析表明，四方晶系[100]晶粒可以在热退火过程中转变为正交晶系[001]，当它们被其他晶粒横向限制时。结果表明，在0%、2%和4%Si掺杂中，4%掺杂为四方[100]晶向正交[001]晶转变提供了最佳条件。这也适用于Al掺杂。我们还表明，对于铪$_{x}$锆$_{1-x}$ O $_{2}$，我们已经研究了${x}=1.00,0.75,0.50,0.25,0.00$，值${x}=0.50$提供了最有利的条件所需的转换。为了使这种转变优于四斜晶系[100]到单斜晶系[100]的转变，还需要存在如由顶部电极提供的面外限制。我们的研究结果阐明了机制，导致铁电性的氧化铝基薄膜，并提供了一个解释常见的实验观察的最佳范围的掺杂Si：HfO $_{2}$，Al：HfO $_{2}$和Hf $_{x}$ Zr $_{1-x}$ O $_{2}$。我们还提出了模型薄膜异质结计算的Ir/HfO $_{2}$ /Ir堆栈，以隔离的界面效应，我们表明是显着的。

Strain-tunable in-plane ferroelectricity and lateral tunnel junction in monolayer group-IV monochalcogenides

2D Ferroelectric materials are promising for designing low-dimensional memory devices. Here, we explore strain tunable ferroelectric properties of group-IV monochalcogenides MX (M=Ge, Sn; X=S, Se) and their potential application in lateral field tunnel junction devices. We find that these monolayers have in-plane ferroelectricity, with their ferroelectric parameters being on par with other known 2D ferroelectric materials. Amongst SnSe, SnS, GeSe, and GeS, we find that GeS has the best ferroelectric parameters for device applications, which can be improved further by applying uniaxial tensile …

应变铁磁L2NiMnO6薄膜中A位驱动的铁电性

A-site driven ferroelectricity in strained ferromagnetic L2NiMnO6 thin films

本文报道了在SrTiO_3衬底上生长的铁磁La_2NiMnO_6薄膜中A位驱动铁电性的理论和实验研究。结构分析和密度泛函理论计算表明，外延应变使菱面体La2NiMnO6晶格沿[111]立方方向伸展，引发双钙钛矿晶格中A位La离子的位移。晶格畸变和A位位移稳定了铁磁La2NiMnO6晶体中的铁电极性态。铁电态仅出现在菱形La2NiMnO6相中，其中MnO6和NiO6八面体倾斜被3重晶体对称性抑制。电子定位图表明，共价键与氧和6s轨道孤对形成在这种材料中是可以忽略不计的。

简单岩盐二元氧化物中的应变诱导铁电性

Strain-induced ferroelectricity in simple rocksalt binary oxides

碱土金属二元氧化物具有简单的岩盐结构，由于其在地幔中的大量存在以及在微电子器件中的潜在用途，形成了一个重要的化合物家族。然而，与多功能铁电钙钛矿氧化物相比，它们的实际应用仍然有限，并且在简单的二元氧化物中出现铁电性和相关的功能性质似乎是如此不可能，以至于以前从未考虑过。在这里，我们使用第一性原理密度泛函计算表明，铁电性可以很容易地诱导在简单的碱土二元氧化物，如氧化钡（BaO）使用适当的外延应变。超越了基本的发现，我们表明，这种应变二元氧化物的功能特性（极化，介电常数和压电响应）的幅度与典型的铁电钙钛矿氧化物相当，因此使它们的应用程序的直接利益。最后，我们表明，磁性二元氧化物，如EuO，具有相同的岩盐结构，表现类似的碱土金属氧化物，提出了一种新的多铁性相结合的铁电和磁性的路线。

应变涨落解锁纤锌矿中的铁电性

Strain fluctuations unlock ferroelectricity in wurtzites

本研究揭示了(Zn,Mg)O中铁电性的起源，发现局部大应变涨落可使铁电切换势垒降低40%以上，并通过实验和计算在异质结构中证实了该效应，为原子尺度控制应变涨落开发可扩展铁电体提供了新途径。

正交晶系锰氧化物的磁致铁电性：微观成因和化学趋势

Magnetically-induced ferroelectricity in orthorhombic manganites: microscopic origin and chemical trends

利用第一性原理Wannier函数解释了共线AFM-E正交锰氧化物中磁驱动铁电性的微观起源。我们发现，极化主要是由轨道极化的Mn eg状态的“非对称电子跳跃”，隐含在AFM-E配置中的奇特的平面之字形自旋排列决定的。在ortho-HoMnO 3中，Wannier功能中心相对于相应的离子位置在很大程度上发生位移，这意味着最终极化受到纯电子贡献的强烈影响，与离子位移占主导地位的标准铁电体不同。然而，极化的最终值是竞争效应的结果，如由来自Mn eg和t2 g状态的对极化的贡献的相反符号所示。此外，系统地分析了锰氧化物系列中铁电性与自旋、轨道和晶格自由度之间的联系，目的是确定作为稀土离子函数的化学趋势。我们的研究结果表明，Mn-O-Mn角是决定交换耦合的关键量：当Mn-O-Mn角减小时，第一（第二）最近邻铁磁（反铁磁）相互作用减小（保持不变），从而分别稳定弱或强扭曲锰氧化物的AFM-A或AFM-E自旋构型。Mn eg对极化的贡献随Mn-O-Mn角的增大而增大，随“长”Mn-O键长的增大而减小，而Mn t2 g对极化的贡献随“短”Mn-O键长的增大而减小，部分抵消了前者。

应变驱动的正交外延YMnO3薄膜非共线磁有序

Strain-driven non-collinear magnetic ordering in orthorhombic epitaxial YMnO3 thin films

我们发现，在正交YMnO 3和Co取代（YMn 0.95 Co 0.05 O 3）薄膜中，使用外延应变和化学压力，可以逐渐引入和调谐铁磁响应。这些结果，连同测量的磁响应的各向异性，表明在正交o-RMnO 3（R= Y，Ho，Tb等）薄膜的铁磁性的意想不到的观察起源于应变驱动的完全补偿磁有序的破坏，通过推动磁矩远离反铁磁[010]轴。我们表明，由此产生的倾斜角和随后的铁磁响应，逐渐增加（高达~ 1.2 \degree）的压缩的单位细胞。我们将讨论这些发现的相关性，在连接到磁电响应的正交锰氧化物。

具有可切换且稳定铁电极化的正交晶系氮化物钙钛矿CeTaN₃-δ

Orthorhombic nitride perovskite CeTaN3-δ with switchable and robust ferroelectric polarization

本研究通过高压法首次实验合成出含氮缺陷的正交晶系铁电氮化物钙钛矿CeTaN₃-δ，其具备可切换的稳定铁电极化及优异力学、化学惰性，为新型铁电器件和凝聚态物理研究提供了新材料体系。

单层$β$ - GeSe的可调铁电性和各向异性电输运

Tunable ferroelectricity and anisotropic electric transport in monolayer $β$-GeSe

低维铁电性由于其在器件应用中的巨大潜力而引起了人们的极大关注。在这里，基于第一性原理计算，我们预测的存在自发的平面内的电极化和铁电性的单层$β$ -GeSe，一个多晶型的GeSe与船构象在实验中新合成的。极化强度约为$0.16$ nC/m，与最近实验研究的单层SnTe的极化强度相当，本征居里温度估计在200 K以上。有趣的是，由于其褶皱结构，$β$ -GeSe的物理性质可以容易地通过应变控制。通过施加（$\sim 1\%$）拉伸应变，可以将居里温度提高到室温以上，并且通过扶手椅方向或锯齿形方向的应变，可以大大增加极化的幅度。此外，我们发现，与电子掺杂的情况下，施加应变可以很容易地调整的各向异性电输运的优选导电方向旋转的$90^\circ$，这是与应变诱导的Lifshitz转变。沿两个面内方向的有效质量之间的比率可以经历两个数量级的戏剧性变化，即使通过2%的应变。我们的研究结果表明，单层$β$ -GeSe作为一个有前途的平台，探索铁电性在二维和纳米机械电子器件的应用。

解码铁电正交结构HfO2的复杂性：一种统一的模式展开方法

Decoding the Complexity of Ferroelectric Orthorhombic HfO2: A Unified Mode Expansion Approach

本文提出一种基于声子模式展开的统一框架，用于研究HfO2的铁电性，通过高对称立方相的声子模式激发，揭示正交相的复杂性，并总结了畴壁结构和转换路径的研究方法。

双螺旋结构SnIP上水分子吸附诱导的铁电性

Ferroelectricity induced by the absorption of water molecules on double helix SnIP

我们研究了由双螺旋结构SnIP和水分子组成的一维体系的铁电性。我们的从头计算揭示了两个因素，是至关重要的电极化。第一个是在SnIP的R2区域停留的极化水分子的取向。第二种是I原子的位移，它来源于与吸附的水分子的微妙相互作用。在这项研究中，提出了一个合理的情况下的偏振翻转。在该方案中，水分子在保持其电偶极子的大小和改变其方向的情况下卷起，同时I原子的位移也是反向的。通过施加应变可以实现高度可调谐的偏振，通过施加拉伸应变可以获得26.5%的偏振增强，而在4%的压缩应变下仅观察到4%的退化。最后，还发现直接带隙与应变相关。

AMnO3钙钛矿中铁电、磁性、应变与氧空位的耦合与竞争

Coupling and competition between ferroelectricity, magnetism, strain and oxygen vacancies in AMnO3 perovskites

我们采用基于密度泛函理论的第一性原理计算研究了钙钛矿锰氧化物系列AMnO 3（A= Ca 2+，Sr 2+，Ba 2+）中氧空位、A位阳离子尺寸/容限因子、外延应变、铁电性和磁性之间的相互作用。我们发现，正如预期的那样，通过化学压力或拉伸应变增加体积通常会降低中性氧空位的形成能，这与它们扩展晶格的既定趋势一致。增加的体积也有利于极性扭曲，因为氧八面体的竞争旋转被抑制，并且因为与阳离子偏离中心相关的库仑排斥减少。有趣的是，铁电极化的存在有利于铁磁反铁磁有序，由于抑制反铁磁超交换的极性扭曲弯曲的Mn-O-Mn键角远离最佳的180度。有趣的是，我们发现，极性扭曲竞争形成的氧空位，这有一个较高的形成能量在极性相;相反，氧空位的存在下抑制极化的发生。与此相反，氧空位的形成能是较低的铁磁比反铁磁有序相同的结构类型。我们的研究结果提出了一个丰富而复杂的相图，其中缺陷化学，极化，结构和磁性可以修改使用化学势，应变，电场或磁场。

TbMnO3中磁感应铁电性的第一性原理理论

First-principles theory of magnetically induced ferroelectricity in TbMnO3

利用第一性原理方法研究了正交晶系TbMnO 3中磁旋轮序通过自旋-轨道相互作用引起的极化。分析了磁螺线位于b-c平面的情况，其中纯电子对极化的贡献很小。我们着重研究了晶格介导的贡献，并研究了它与LDA+U方法中库仑相互作用参数U以及自旋螺旋波矢的依赖关系。还分析了不同位置上自旋轨道相互作用的作用。

斜方晶系BaFeO $_{3}$的应变和关联诱导半金属铁磁性

Strain and correlation induced half-metallic ferromagnetism in orthorhombic BaFeO$_{3}$

采用第一性原理方法，在局域自旋密度近似下研究了正交晶系BaFeO $_{3}$（BFO）的电子和磁性.计算结果表明，在优化的晶格体积下，BFO的铁磁态能量比反铁磁态低。在平衡体积下，BFO表现出金属行为，而在大的拉伸应变（$\sim25\%$）下，BFO表现出半金属行为，这与$4.0μ_{\rm{B}}$ /fu的整数磁矩一致，主要是由Fe的$t_{2g}$和$e_{g}$电子引起的。在无外加应力的情况下，半金属态Fe的$d$中引入了Hubbard型的$U$（LSDA $+U$），这表明$U$可以用来调节BFO的电子结构.磁矩对$\sim 10\%$压缩和拉伸应变保持稳健。在大的压（拉）应变下，BFO的半金属性主要被Fe-$d$（O-$p$）电子破坏，这与BFO磁矩的非整数值一致。

纳米级氧化铪-氧化锆中铁电性的出现与消失尺寸：Landau型理论

Sizes of Ferroelectricity Appearance and Disappearence in Nanosized Hafnia-Zirconia:Landau-type Theory

研究纳米级氧化铪-氧化锆中铁电性的出现与消失临界尺寸，基于Landau理论分析应变依赖的相变行为及相图影响。

室温以上铁电性在应变的KTaO3中

Above Room Temperature Ferroelectricity in Epitaxially Strained KTaO3

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。

甲基铵碘化铅的失铁电性

Missed ferroelectricity in methylammonium lead iodide

甲基铵碘化铅，作为相关的有机金属卤化物钙钛矿，最近出现作为一个特别有吸引力的材料用于光伏应用。其吸引人的属性的起源有时被分配到其潜在的铁电特性，这仍然是一个激烈的辩论的话题。在这里，我们合理化从第一性原理计算的甲基铵极性分子的空间排列是如何逐步约束的微妙的相互作用之间的倾向，以键合无机框架和外观碘八面体旋转固有的钙钛矿结构。在室温下观察到的无序的四方相是顺电的。我们发现，它应该成为先验铁电，但碘八面体旋转驱动系统向反极性正交基态，使其错过铁电。

外延应变菱面体ZrO2薄膜的铁电性

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。

通过应变工程在中心对称高性能半导体中实现铁电性

Achieving ferroelectricity in a centrosymmetric high-performance semiconductor by strain engineering

在二维半导体中通过应变进行的相位工程对于各种应用都是非常重要的。在这里，我们提出了一个应变诱导铁电（FE）转变的硒氧化铋（Bi $_2$ O $_2$ Se）薄膜，下一代电子学的高性能（HP）半导体的研究。Bi $_2$ O $_2$ Se在环境温度下为非FE。当加载力为$\gtrsim 400$ nN时，压电力响应在幅值和180 $^\textrm{o}$相位切换上呈现蝶形环。通过仔细排除外在因素，这些功能是由于过渡到FE阶段。单轴应变下光学二次谐波产生的尖锐峰的出现进一步证明了这种转变。从根本上说，固体与顺电在环境和FE下的应变是稀缺的。借助第一性原理计算和理论模拟讨论了FE转变。FE极化的切换充当接触处的肖特基势垒工程的旋钮，并且用作具有10 $^6$的巨大切换比的忆阻器的基础。我们的工作赋予了一个新的自由度的HP电子/光电子半导体和FE和HP磁阻的集成铺平了道路，多个令人兴奋的功能，包括HP神经形态计算和散装piezophotovoltaic。

离子自旋对正交钙钛矿多铁性的影响

The Effect of Ionic Spin on Multiferroic of Orthorhombic Perovskite

该研究采用溶胶-凝胶法制备ELCFO，结合Mössbauer谱、磁性测试与热磁曲线分析，揭示不同温度下离子自旋状态及其对II型多铁性钙钛矿磁电耦合的作用。

氟钙钛矿的几何铁电性

Geometric Ferroelectricity in Fluoro-Perovskites

我们用第一性原理计算研究了ABF 3氟钙钛矿中铁电不稳定性的存在和起源。我们发现，许多氟钙钛矿具有铁电不稳定性，在其高对称性的立方结构，这是类似的幅度，通常发现在氧化物钙钛矿。然而，与氧化物相反，氟化物具有名义玻恩有效电荷，表明不稳定性的不同机制。我们发现，不稳定性源于离子尺寸效应，因此在大多数情况下，在很大程度上不敏感的压力和应变，再次在氧化物钙钛矿。一个例外是NaMnF 3，其中与具有相等的面内晶格常数的衬底匹配的相干外延应变使体Pnma结构不稳定，导致铁电性，并且实际上是多铁性，具有不寻常的极化/应变响应的基态。

SrMnO $_3$中阴阳离子双空位对铁电性的促进作用

Ferroelectricity promoted by cation/anion divacancies in SrMnO$_3$

采用密度泛函理论（DFT）研究了Sr-O空位对对SrMnO $_3$（SMO）电极化的强度的影响.这是由复合氧化物中的铁电性可以通过外延应变以及\textit{via}缺陷化学来工程化的指示激发的。我们的研究结果表明，本征掺杂的阳离子和阴离子双空位可以诱导局部极化在无应变的非极性SMO薄膜和铁电状态可以稳定低于临界应变的化学计量材料。这种极性通过与缺陷对相关的电偶极子及其与缺陷形成时的原子弛豫的耦合来促进，所述缺陷形成时的原子弛豫包围缺陷周围的区域。这表明极性缺陷对影响半导体反铁磁SMO中的应变相关铁电性。对于金属铁磁SMO，我们发现由于更强的电子屏蔽，缺陷偶极子和极化之间的耦合要弱得多。在足够高的浓度下耦合的缺陷对偶极子随着其可切换的取向，从而使他们成为一个有前途的路线，影响复杂的过渡金属氧化物薄膜的铁电转变。

应变Hf $_2$ CF $_2$单层膜的铁电性

Ferroelectricity in strained Hf$_2$CF$_2$ monolayer

低维铁电体是一种极具应用价值的物理现象。在这里，从理论上研究了官能化的MXene Hf $_2$ CF $_2$单层，其在中等双轴压缩应变下表现出非极性到极性的转变。伴随着这种结构转变，发生金属-半导体转变。单侧氟层的面内位移导致偏振指向面外。这种铁电性是非常规的，类似于最近提出的层间滑动铁电性，但不完全相同。由于其特定的六瓣势能分布，可能的铁电开关路径和畴壁是不平凡的，这是通过金属顺电态介导的。在这个意义上，可以通过重塑铁电畴来操纵金属壁。

稀土锰氧化物RMnO3（R=Gd，Tb，Dy）的对称性和磁驱动铁电性

Symmetry and magnetically driven ferroelectricity in rare-earth manganites RMnO3 (R=Gd, Tb, Dy)

本文从对称性的角度研究了正交晶系锰氧化物RMnO_3（R=Gd，Dy或Tb）的磁驱动铁电性。所采用的方法将用于表征位移调制结构的极性性质的方法推广到不可约磁序参量的情况。建立了磁感应铁电性的对称性条件，并从一般的对称性考虑导出了Landau-Devonshire自由能泛函。在DyMnO 3和TbMnO 3在零磁场下观察到的铁电极化解释在可还原的磁序参量的对称性。极化旋转在这些化合物中引起的外部磁场和稳定的铁电相在GdMnO 3占的机制，其中磁化强度和极化是次要的序参量，不直接耦合，但相互竞争，通过它们的耦合竞争的主要调制的序参量。

钙钛矿氧化物中八面体旋转畸变诱导的二维铁电性

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。

Hf-$_{x}$-Zr $_{1-x}$ O $_2$铁电性起源的计算研究和表面能模型

The Origin of Ferroelectricity in Hf$_{x}$ Zr$_{1-x}$ O$_2$: A Computational Investigation and a Surface Energy Model

采用密度泛函方法研究了HfOPDMATHABMM、ZrOPDMATHABMM和HfPDMATHABMN $_{0.5}$ Zr $_{0.5}$ O $_2$（HZO）的铁电相的结构、热性能和介电性能.我们发现，铁电正交晶系Pca 2 $_{1}$相的自由体能是不利的单斜晶系P2 $_{1}$ /c和正交晶系Pbca相相比，所有调查的Hf $_χ$ Zr $_{1-χ}$ O $_2$系统的化学计量。为了解释纳米薄膜中铁电相的存在，我们探索吉布斯/亥姆霍兹自由能作为应力和薄膜应变的函数，并发现它们不太可能成为最小的HZO薄膜的技术相关条件。为了评估表面能的相稳定性的贡献，我们参数化的模型，现有的数据之间的插值，并找到最小的尺寸和化学计量的范围内的铁电晶粒的亥姆霍兹自由能。从该模型中，我们预测未掺杂的HfO $_2$是铁电的晶粒尺寸约为4 nm和外延HZO低于5 nm。此外，我们还计算了从P4 $_2$ /nmc相到ZrO $_2$反铁电相转变所需的外加电场强度为1 MV/cm，与实验数据相符，解释了场致相变的机理。

菱形HfO $_2$铁电性的尺寸效应

Finite-size effects on the ferroelectricity in rhombohedral HfO$_2$

在这项工作中，我们分析了有限尺寸效应的结构性能和HfO $_2$的菱形相的极化进行双轴压缩应变。我们展示了表面电荷的存在如何影响极化，导致其体积值的强烈减少。这种减少可以归因于两种机制：压缩应变和相变序参量之间的耦合;铁电畸变的变化。我们给出了两种不同的解释这种现象：从原子的角度来看，分析的键长的演变，并从一个分析的角度来看，考虑的振幅的变化，当板配置被认为是允许的扭曲。这些结果是独立的板厚度在所考虑的范围内，这表明在HfO $_2$的铁电性的临界厚度的情况下，与建议的不适当的性质的氧化铪铁电性的协议。

正交SrIrO3薄膜的压缩应变诱导金属-绝缘体转变

Compressive strain-induced metal-insulator transition in orthorhombic SrIrO3 thin films

我们研究了外延正交SrIrO 3薄膜在压应变下的电子性质。亚稳态，正交SrIrO 3薄膜的合成在各种基板上使用epi稳定技术。我们已经观察到，随着面内晶格压缩的增加，薄膜的直流电阻率（\r{ho}）增加了几个数量级，并且d \r{ho} /dT从正值变为负值。然而，光学吸收光谱显示德鲁德样，金属响应没有光学间隙开放的所有压缩应变薄膜。在磁场下的输运测量表明，压缩应变薄膜在低温下具有负磁阻效应。我们的研究结果表明，弱局域化是负责应变诱导的金属-绝缘体转变的正交SrIrO 3薄膜。

基于机器学习力场的应变KTaO₃的温度相关铁电性

Temperature dependent ferroelectricity in strained KTaO3 with machine learned force field

本研究结合密度泛函理论与即时机器学习力场辅助的随机自洽谐近似，探究0%-1%面内单轴/双轴应变对本征KTaO₃铁电性的影响，获得了300K内的铁电极化，为应变工程铁电材料研究提供指导。

钙钛矿$HoMnO_3$和$YMnO_3$的铁电性

Ferroelectricity in perovskite $HoMnO_3$ and $YMnO_3$

在正交晶系的$HoMnO_3$和$YMnO_3$中分别观察到了铁电性，在磁锁定转变为E型结构或具有与温度无关的波矢的无公度相。在$HoMnO_3$中，铁电极化强烈依赖于外部磁场，表明该化合物中涉及稀土矩序。结果进行了讨论的框架内最近的理论模型，特别是双交换驱动极位移预测的E型磁结构。

二维群IV碲化物铁电性的第一性原理研究

Promising Ferroelectricity in 2D Group IV Tellurides: a First-Principles Study

基于第一性原理计算，我们研究了二维IV族碲化物XTe（X=Si，Ge和Sn）的铁电性质，重点研究了GeTe的铁电性质. 2D IV族碲化物在能量上优选具有铰链状结构和面内自发极化的正交相。单层GeTe的本征居里温度Tc高达570 K，并可以通过施加拉伸应变迅速提高。面外电场可以有效地降低用于极化反转的矫顽场，扩展其用于调节极化反转动力学的潜力。双层GeTe的铁电相仍为基态。结合这些优点，2D GeTe是一种有前途的候选材料，用于实际的集成铁电应用。

三线耦合驱动的HfO $_2$的铁电性

Trilinear coupling driven ferroelectricity in HfO$_2$

铁电性通常被认为是铁电体的突破性发现，可能会彻底改变整个领域。尽管越来越多的兴趣，一个全面的了解驱动铁电稳定的许多因素仍然缺乏。在这里，我们解决的相变的朗道理论为基础的方法，通过分析连接的高对称性顺电四方相的低对称性极性正交相的磁致伸缩允许的扭曲。通过第一性原理模拟，我们发现$Γ_{3-}$极性模是弱不稳定的，而另外两个非极性Y $_{2+}$和反极性Y $_{4-}$是硬模.没有一种模式，单独或与另一种模式组合，能够驱动转变：稳定极性相的关键因素被确定为三种模式之间的强三线性耦合。此外，实验公认的重要性，在HfO $_2$铁电薄膜的生长中的衬底诱导效应，以及缺乏一个明确的序参量的过渡，建议我们的分析扩展到应变效应。我们的研究结果表明，Y $_{2+}$模式的复杂行为，在一定的应变条件下变得不稳定和整体不稳定的行为为$Γ_{3-}$极性模式的所有应变状态。一个强大的结果出现从我们的分析：独立于不同的施加应变（压缩或拉伸，沿正交轴施加），需要同时激发的三个耦合模式保持不变。最后，当施加到模拟实验生长条件下的应变，我们的分析表明，铁电相的进一步稳定相对于未应变的情况下，与实验结果一致。

块体单晶HfO2：Y的动力学稳定铁电性

Kinetically-stabilized Ferroelectricity in Bulk Singlecrystalline HfO2:Y without Wake-up Effects

HfO 2是一种简单的二元氧化物，具有可集成到硅技术中的超可扩展铁电性。极正交（Pbc 21）的形式在超薄膜归因于作为令人惊讶的铁电性，这一直认为是无法实现的大块晶体的合理的根本原因。尽管如此，困惑仍然主要是由于多态性的性质和表征的挑战，在小长度尺度。在这里，利用一个国家的最先进的激光二极管加热浮区技术，我们报告的铁电体单晶HfO 2：Y以及在不同的Y浓度的反极性Pbca相的存在下。中子衍射和原子成像证明（反）极性晶体学签名和丰富的90 o/180 o铁电畴除了可切换的极化与唤醒效应很小。密度泛函理论计算表明，钇掺杂和快速冷却是所需相的关键因素。我们的观察提供了新的见解HfO 2的多晶型性质和相位控制，消除了铁电性的尺寸上限，也铺平了新的道路，走向下一代铁电器件。

正交铁电体极化反转的多步随机机制

Multi-step stochastic mechanism of polarization reversal in orthorhombic ferroelectrics

提出了一个电场驱动的正交铁电体极化反转的随机模型，描述了其时间机电响应。该理论解释了所有可能的并行和顺序切换事件。该模型的应用，同时测量的极化和应变动力学在无铅正交（K，Na）NbO3基铁电陶瓷在一个宽的时间尺度的7个数量级允许识别优选的极化切换路径，分数的个别开关过程，和它们的激活字段。特别地，分析揭示了相干非180°切换事件的实质性贡献，其不引起宏观应变，从而模拟180°切换过程。

初始铁电性：一条通向本体终止SrTiO3的途径

Incipient ferroelectricity: A route towards bulk-terminated SrTiO3

过氧化氢氧化物由于其在许多应用中的广泛潜力而引起越来越多的关注。然而，理解它们的表面是具有挑战性的，因为本体的三元组成允许多个稳定的表面终止。我们展示了一个简单的程序，用于制备体终止（001）表面的钛酸锶，一个典型的立方钙钛矿。控制应变施加在SrTiO 3单晶上导致具有SrO和TiO 2的微米尺寸域的平坦解理。这两个终端的分布是由在解理过程中的应变诱导的铁电畴。原子分辨扫描隧道显微镜/原子力显微镜（STM/AFM）测量揭示了在（14 +-2）%的明确定义的浓度中存在点缺陷; Sr空位在SrO终止处形成，并且互补的Sr吸附原子出现在TiO 2终止处。这些本征缺陷由铁电性、表面极性和表面电荷之间的相互作用引起。

铁电HfO2中应力与应变效应的分离

Disentangling stress and strain effects in ferroelectric HfO2

针对多晶铁电HfO2中应力与应变效应难区分、正交晶格应变对极化影响未明确的问题，研究通过分析掺杂外延薄膜晶相与应变，结合密度泛函理论计算，证实应力对亚稳态正交相稳定及铁电极化起关键作用，晶格形变影响远小于相含量变化的影响。

生长取向和外延应变对HfO $_2$薄膜相稳定性的影响

Effects of Growth Orientations and Epitaxial Strains on Phase Stability of HfO$_2$ Thin Films

铁电性在纯的和掺杂的$_2$基薄膜中的发现重新激发了将铁电体用于纳米器件应用的兴趣。为了利用这种硅兼容的铁电体，铁电性的起源和更好的方法来控制实现在纳米级的铁电性的基本问题，如需要解决。$_2$基薄膜中出现的强极化被认为是各种外在因素的累积效应，如小晶粒的有限尺寸效应和表面/界面效应、压应力、掺杂剂、氧空位和电场。在HfO $_2$中，相变的动力学效应及其对纳米尺度铁电性出现的潜在影响还没有很好的理解。本工作利用密度泛函理论和变胞轻推弹性带技术，构建了不同晶型的纳米材料之间的跃迁路径。我们发现，过渡势垒强烈地依赖于机械边界条件，从四方相到极性正交相的过渡是一个快速的动力学过程下夹紧。研究了生长取向和外延应变对HfO $_2$各相相对稳定性的影响。两个正交相，极性$Pca2_1$和非极性$Pbca$，在（111）取向的薄膜中在宽范围的外延应变条件下变得结晶稳定。这项工作提出了一个潜在的途径，以更好地稳定铁电相的HfO $_2$薄膜，通过衬底取向工程。

应变对正交HoMnO3铁电极化和磁性的影响

Strain effects on ferroelectric polarization and magnetism in orthorhombic HoMnO3

为了提高AFM-E ortho- \hmo的铁电极化率，采用密度泛函理论和模型哈密顿方法研究了面内应变对铁电极化率和磁位形的影响.我们的研究结果表明，在压缩应变下的净极化大大增强，由于增加的电子贡献的极化，而离子的贡献被发现减少。我们确定的电子晶格耦合，由于Jahn-Teller（JT）的扭曲，其应变的反应是负责所观察到的行为。JT诱导的轨道有序的占据Mn-e $_g^1$电子在交替的$3x^2-r^2/3y^2-r^2$轨道状态在平衡下的变化与$x^2-z^2/y^2-z^2$状态的混合物下的面内压缩应变。因此，在应变下，Mn离子之间的e $_g$电子沿着Z字形自旋链（AFM-E自旋构型的典型）的不对称跳跃增强，解释了极化的大值。我们重现的变化，在一个简并的双交换模型补充电子-声子相互作用的轨道有序模式。在这幅图中，轨道有序变化与e $_g$电子的Berry相的变化有关，这反过来又导致极化的增加，其起源纯粹是电子的。

应变EuFeO3和其它Pbnm钙钛矿薄膜中的八面体旋转模式：对混合反常铁电性的影响

Octahedral rotation patterns in strained EuFeO3 and other Pbnm perovskite films: Implications for hybrid improper ferroelectricity

我们报道了在Pbnm型钙钛矿薄膜中外延应变与同相旋转轴的晶体学取向和A位位移之间的关系。在立方或菱面体衬底上的EuFeO 3薄膜在2%压缩到0.9%拉伸的应变状态下的同步辐射衍射测量表现出a-a+c-和a+a-c-旋转模式的组合。我们比较EuFeO 3的行为与以前报道的实验和理论工作的应变Pbnm型薄膜上的非正交衬底，以及额外的测量从LaGaO 3，LaFeO 3，和Eu0.7Sr0.3MnO3薄膜SrTiO 3。从不同的材料系统编译的结果揭示了一个一般的应变依赖性，其中压缩应变强烈有利于a-a+c-和a+a-c-旋转模式和拉伸应变弱有利于a-a-c+结构。相比之下，EuFeO 3膜生长在Pbnm型GdScO 3下2.3%的拉伸应变采取从基板上压印的均匀的a-a+c-旋转图案，尽管应变能的考虑，有利于a-a-c+图案。这些结果表明，使用基板压印作为一个更强大的路线比应变调整晶体取向的八面体旋转和A-网站的位移需要实现旋转诱导的混合不适当的铁电性氧化物异质结构。

稀土锰氧化物RMnO3的对称性、无公度磁性和铁电性

Symmetry, incommensurate magnetism and ferroelectricity: the case of the rare-earth manganites RMnO3

顺磁空间群的完全不可约共表象为探索磁驱动铁电性的对称性限制提供了一条简单而直接的途径。该方法包括一个简单的概括的方法中常用的情况下displacive调制系统，并允许我们以一种简单的方式，确定一个给定的相位起源于一个给定的磁序参量的全磁对称性。然后，可以建立该相的潜在铁电和磁电性质，并且可以从一般对称性考虑导出精确的朗道自由能展开式。在这项工作中，这种方法适用于正交稀土锰氧化物RMnO 3的情况下。这个例子将使我们能够强调一些具体的点，如关于铁性和磁电性质的相称或不相称的磁相之间的差异，铁电性的可能稳定由一个单一的不可约的序参量或平行于磁调制取向的极化的可能开始。将更详细地考虑TbMnO 3的具体示例，以表征磁电效应在由外部磁场引起的极化旋转的机制中所起的作用。

Y掺杂HfO2薄膜的本征铁电性

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。

哈夫尼亚铁电性的途径

Pathways Towards Ferroelectricity in Hafnia

是否可以系统地识别（以前未知的）给定材料的铁电相的问题得到解决，以氧化铪（$_2$）为例。低自由能相在不同的压力和温度下使用基于第一性原理的结构搜索算法进行识别。铁电相，然后确认利用群论原则的非极性和极性相之间的位移允许的过渡。在空间群$Pca2_1$和$Pmn2_1$中出现的两个正交极性相被挑选出来作为最可行的铁电相，因为它们显示出低自由能（相对于已知的非极性相）和基本上可切换的自发电极化的强度。这些结果提供了一个解释最近观察到的令人惊讶的铁电行为的氧化铈，并揭示了稳定的氧化铈以及其他化合物的铁电相的途径。

应变和膜厚对HfO2菱面体相稳定性的影响

Effects of Strain and Film Thickness on the Stability of the Rhombohedral Phase of HfO2

HfO_2基薄膜的铁电极化特性的发现，由于其在数据存储方面的潜在应用，引起了人们极大的兴趣。最近，一种新的R3m菱面体相被认为是导致[111]取向Hf0.5Zr0.5O2薄膜铁电性出现的原因，但对这种薄膜铁电极化的基本机制仍知之甚少。在本文中，我们采用密度泛函理论计算研究的R3m HfO2相的结构和偏振特性。我们发现，膜厚度和面内压缩应变效应在稳定R3m相中起着关键作用，从而导致[111]取向的R3m HfO2的强铁电性。

在单斜相二氧化铪中工程化铁电性

Engineering ferroelectricity in monoclinic hafnia

本文提出通过设计无缺陷的外延(HfO₂)₁/(CeO₂)₁超晶格，在热力学稳定的单斜相HfO₂基础上实现稳健铁电性，获得大于25 μC/cm²的极化强度和约2.5 meV/原子的超低翻转能垒，为高性能HfO₂铁电器件开辟新路径。