Orthorhombic $ABC$ semiconductors as antiferroelectrics
我们使用第一性原理的合理设计方法，以确定一个以前未被识别的类反铁电材料的$Pnma$ MgSrSi结构类型。MgSrSi结构类型可以用非极性$P6_{3}/mmc$ ZrBeSi结构类型的反极性畸变来描述，并且我们发现这种结构类型的许多成员在能量上接近于相关的极性$P6_{3}mc$ LiGaGe结构类型，其中包括我们预测为铁电的许多成员。我们强调已知的$ABC$组合，在这种能量差是可比的PbZrO $_{3}$的反铁电-铁电开关势垒。我们计算所有三种结构类型的结构参数和相对能量，无论是报告和迄今为止假设的代表这一类。我们的研究结果为实验实现和进一步研究适合实际应用的高性能材料提供了指导。
2012-10-26 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
High-Performance Nonvolatile Spin FETs from 2D Metallic Ferromagnetic and Ferroelectric Multiferroic Heterostructure
State Key Laboratory for Mechanical Behavior of Materials, Xi’an Jiaotong University（西安交通大学材料行为教育部重点实验室）
本研究提出利用界面效应调控本征金属二维磁性材料的电子结构，基于CrPS3/Sc2CO2异质结设计的非易失性自旋场效应晶体管实现了超高开关电流比与接近100%的自旋极化电流，为高性能自旋电子器件开发提供新路径。
2025-02-03 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Tetramethylbenzidine-TetrafluoroTCNQ: A narrow-gap semiconducting salt with room temperature relaxor ferroelectric behavior
本文修订了TMB-TCNQF4的晶体结构为P2_1/m，并通过介电测量发现其在室温下具有弛豫铁电行为，归因于自旋孤子分隔的铁电纳米畴，同时确认其窄带隙半导体特性。
2021-11-17 cond-mat.mtrl-sci
Class of Rashba ferroelectrics in hexagonal semiconductors
我们提出了一类Rashba系统的六角半导体化合物，其中的电控制自旋轨道纹理提供了他们的体铁电性。我们的第一性原理计算揭示了一些这样的材料与大Rashba系数。此外，我们表明，应变可以驱动拓扑相变在这样的材料，导致铁电拓扑绝缘状态。我们的发现可以为Rashba效应，铁电性和拓扑现象之间的相互作用开辟道路。
2016-05-02 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Intrinsic inverse band gap versus polarization relation in ferroelectric materials
针对铁电体带隙大导致太阳能转换效率低的问题，本研究通过高通量与第一性原理方法筛选出15种带隙-极化呈本征反比关系的铁电材料，为设计小带隙大极化铁电体提供了新路径。
2025-05-22 cond-mat.mtrl-sci
Origin of Negative Longitudinal Piezoelectric Effect
具有负纵向压电系数的压电体将在所施加的电场的方向上收缩。这样的压电体被认为是罕见的，但是没有基本的物理学阻止在单相材料中实现负纵向压电效应。利用第一性原理计算，我们证明了几种六角$ABC$铁电体具有显著的负纵向压电效应。基于第一性原理的压电数据库的数据挖掘表明，这种效应是一种普遍现象。这种不寻常的压电响应的起源依赖于与小有效电荷和刚性势能面相关的强离子键。此外，具有负纵向压电系数的铁电体显示出异常的压力增强铁电性。我们的研究结果提供了设计原则，以帮助寻找新的压电新的机电设备的应用。
2017-08-24 cond-mat.mtrl-sci
Integration of first-principles methods and crystallographic database searches for new ferroelectrics: Strategies and explorations
在这篇概念论文中，讨论了将第一性原理方法与晶体学数据库挖掘相结合以发现和设计新型铁电材料的策略的发展，借鉴了对三种不同系统的探索性研究的结果和经验：（1）双钙钛矿Sr（Sb $_{1/2}$ Mn $_{1/2}$）O $_3$作为候选半导体铁电体;（2）钙黄长石$M$的极性衍生物Sb $_2$ O $_4$ ;和（3）具有式$M_2$ P $_2$（S，Se）$_6$的铁电半导体。进一步研究和调查的各种途径的建议，包括自动化的结构类型分类，低对称性不适当的铁电体，和高吞吐量的第一性原理搜索的结构家族与理想的功能特性的其他代表。
2012-06-20 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Field-induced ultrafast modulation of Rashba coupling at room temperature in ferroelectric $α$-GeTe(111)
Rashba材料已经成为自旋电子学原型设备中自旋-电荷转换的理想场所。其中，$α$ -GeTe（111）是一种非中心对称的铁电（FE）半导体，其强自旋-轨道相互作用引起巨Rashba耦合。它的室温铁电性最近被证明是一种基于可切换极化的新型高能效非易失性存储器件。目前基于电场的应用，写入和读取过程可以通过使用飞秒（fs）光脉冲来胜过，这需要探索在该时间尺度上对铁电性的可能控制。本文利用时间和角度分辨光电子能谱（tr-ARPES）研究了$α$ -GeTe（111）的电子能带结构的室温瞬态动力学。我们的实验揭示了由表面光电压（SPV）介导的fs时间尺度上的Rashba耦合的超快调制，即对应于晶格畸变增强13%的增加。这为控制$α$ -GeTe（111）和量子异质结构中的FE半导体材料中的FE极化开辟了途径。
2022-04-25 cond-mat.mtrl-sci
Tetragonal CH3NH3PbI3 Is Ferroelectric
卤化物钙钛矿（HaP）半导体通过显示用特别是四氢甲基铵三碘化铅（MAPbI 3）制成的太阳能电池的显著性能而彻底改变光伏（PV）太阳能转换。特别地，这些电池的低电压损耗意味着光生载流子的显著低的复合率。有人建议，低复合可能是由于空间分离的电子和空穴，一种可能性，如果MAPbI 3是一个半导体铁电体，然而，这需要明确的实验证据。作为第一步，我们表明，在operando，MAPbI 3（不像MAPbBr 3）是热释电的，这意味着它可以是铁电的。下一步，证明它是（不是）铁电体，是具有挑战性的，因为材料的相对较高的电导率（一个适合光伏转换的光学带隙的结果！）以及在高施加偏压下的低稳定性。这排除了铁电电滞回线的正常测量，以证明铁电性是可切换极化的标志。通过采用一种适合于漏电材料的方法，如MAPbI 3，我们在这里展示了在低温下（仍然在室温稳定相的四方相内）来自良好表征的单晶的铁电滞后。使用化学蚀刻，我们还成像极性域，铁电性的结构指纹，周期性地沿着晶体的极轴堆叠，正如理论预测的那样，与整体晶体尺寸成比例。我们还成功地探测到了清晰的二次谐波产生，这是材料非中心对称性的直接证据。我们注意到，材料的铁电性质，可以，但不明显需要在PV电池中是重要的，在室温附近工作。
2017-02-17 cond-mat.mtrl-sci
The Ferroelectric Superconducting Field Effect Transistor
本研究在1开尔文以下低温工作的Fe-JoFET中发现铁电性，其基于InAsOI平台制造且用HfO₂作栅极绝缘体，表现出滞后现象，可作为低温超导存储单元且具温度容错性，为混合超导-半导体系统研究及应用提供新方向。
2025-07-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.supr-con
Persistent spin helix in Rashba-Dresselhaus ferroelectric CsBiNb2O7
铁电Rashba半导体（FERSC）是一类新型的多功能材料，具有巨大的Rashba自旋分裂，可以通过改变电极化的强度来逆转。虽然它们是自旋场效应晶体管中作为沟道的优秀候选者，但实验研究到目前为止仅限于半导体GeTe，其中铁电开关通常被重掺杂和/或大漏电流阻止。在这里，我们报告，CsBiNb 2 O 7，一个层状钙钛矿的Dion-Jacobson型，是一个强大的铁电体，具有足够强的自旋轨道耦合和自旋织构可逆的电场。此外，我们还发现，由于铁电相的低对称性，其最高价带的自旋织构与动量准无关。动量空间中的特殊自旋极化模式可以产生所谓的“持续自旋螺旋”，这是一种特定的自旋波模式，其保护自旋免受扩散输运机制中的退相干，从而潜在地确保该材料中非常长的自旋寿命。
2019-07-26 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Multi-objective Bayesian optimization of ferroelectric materials with interfacial control for memory and energy storage applications
针对特定应用的材料性能优化通常需要平衡材料功能的多个方面。即使对于材料行为的生成物理模型是已知且可靠的情况，这通常需要在多维参数空间上搜索以识别对应于所需帕累托前沿的低维流形。在这里，我们介绍了多目标贝叶斯优化（MOBO）工作流程的铁电/反铁电性能优化的存储器和能量存储应用的基础上的数值解的Ginzburg-Landau方程与电化学或半导体边界条件。MOBO是一种低计算成本的优化工具，用于昂贵的多目标函数，我们从先前的评估中更新后验替代高斯过程模型，然后从最大化获取函数中选择未来的评估。使用原型体反铁电（PbZrO 3）的参数，我们首先开发了一个物理驱动的决策树的循环结构的目标函数。我们进一步开发了一个物理驱动的MOBO架构，以探索多维参数空间，并通过最大化两个目标函数来构建帕累托边界：能量存储和损失。这种方法允许快速的初始材料和设备参数的选择为给定的应用程序，并可以进一步扩展到积极的实验设置。相关的笔记本提供了MOBO教程，并允许复制报告的分析并将其应用于其他系统（https：//github.com/arpanbiswas52/MOBO_AFI_Supplements）。
2021-08-29 cond-mat.mtrl-sci
Electron and hole doping of monolayer WSe2 induced by twisted ferroelectric hexagonal boron nitride
本研究发现折叠扭转 hBN 的铁电极化可在相邻单层 WSe2 中诱导局部 n/p 型掺杂，并以 WSe2 作为光学探针实现掺杂类型与密度的界面位置调控。
2023-12-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
First Principles Study on the Formation of Yttrium Nitride in Cubic and Hexagonal Phases
我们研究了Y原子以两种常见的密堆积方式排列的氮化钇的形成：AB堆积（hcp对称）是金属钇的基态，而ABC堆积（fcc对称）是氮化钇的基态。鉴于YN和Y之间的不同对称性，当N并入Y晶格中时，必然存在相变（hcp->fcc）。通过第一性原理计算，我们对Y的AB和ABC堆积中N逐渐掺入八面体间隙的情况进行了系统的研究。我们报告的生成热，体积模量，晶格参数和电子结构的氮化物。我们发现两种金属排列在物理上都是可以实现的。此外，对于低氮掺入，两相可以共存。然而，对于高氮浓度的立方相是有利的30 kJ mol-1的利润率。这些结果是重要的，因为fcc-YN是半导体的，并且可以用作电子器件中的有源层。
2007-06-20 cond-mat.mtrl-sci
Surface Screening Mechanisms in Ferroelectric Thin Films and its Effect on Polarization Dynamics and Domain Structures
70多年来，铁电材料一直是凝聚态物理和材料科学的核心研究课题之一，其基础研究和应用研究共同推动着铁电材料的发展。然而，铁电表面，铁电薄膜和纳米结构的关键组成部分，仍然提出了一个重大的理论，甚至概念上的挑战。实际上，铁电相本身的稳定性需要极化电荷的屏蔽。在表面，这可能导致材料的铁电和半导体性质之间的耦合，或者与表面（电）化学的耦合，远远超出了适用于铁电界面的经典模型。本文综述了近年来铁电体表面屏蔽现象的研究进展。我们提供了一个简要的概述，铁电表面的物理学的历史认识，现有的理论模型，既引入屏蔽机制，并探讨屏蔽和相关方面的铁电功能从相稳定性本身的关系。鉴于大多数铁电体存在于多畴状态，我们专注于使用扫描探针显微镜技术的屏蔽现象的本地研究。我们讨论了铁电表面的静态和动态现象，以及横向运输，光，化学和压力刺激下观察到的现象的最新研究。我们还注意到，离子屏蔽的需要，使极化切换耦合的物理-电化学过程，并讨论了非平凡的现象，如混乱的行为在域切换，源于此。
2016-12-25 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
$α$-In$_2$Se$_3$ based Ferroelectric-Semiconductor Metal Junction for Non-Volatile Memories
本文从理论和实验两方面研究了二维$α$ -In $_2$ Se $_3$基铁电-半导体-金属结（FeSMJ）的工作原理和非易失性存储器（NVM）功能。首先，我们通过实验表征和第一性原理模拟分析了$α$ -In $_2$ Se $_3$ van-der-Waals（vdW）叠层的半导体和铁电性质。然后，我们通过自洽求解Landau-Ginzburg-Devonshire（LGD）方程、泊松方程和电荷输运方程，开发了FeSMJ器件模拟框架。基于所提取的FeS参数，我们的模拟结果显示出与我们所制备的$α$ -In $_2$ Se $_3$基FeSMJ的实验特性很好的一致。我们的分析表明，金属和FeS之间的VDW间隙起着关键作用，提供FeS的肖特基势垒高度的极化相关调制。此外，我们表明，FeS的厚度缩放导致的读/写电压的降低和可扩展性的增加。FeSMJ NVM的阵列级分析表明，相对于Fe绝缘体隧道结（FTJ），感测裕度增加5.47倍，面积减少18.18倍，读写功率降低。
2020-07-06 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Visualizing giant ferroelectric gating effects in large-scale WSe$_2$/BiFeO$_3$ heterostructures
基于量子材料（复合氧化物、拓扑绝缘体、过渡金属二硫属化物等）的多层膜使得能够设计出能够彻底改变微电子学和光电子学的器件。然而，包含来自不同家族的量子材料的异质结构仍然很少，尽管它们将极大地拓宽可能的应用范围。在这里，我们展示了来自两个高度多功能家族的化合物的大规模整合：钙钛矿氧化物和过渡金属二硫属化物（TMD）。我们耦合BiFeO $_3$，室温多铁性氧化物，和WSe $_2$，半导体二维材料与光电子学和光子学的潜力。WSe $_2$通过分子束外延生长，并以厘米级转移到BiFeO $_3$膜上。使用角分辨光电子能谱，我们可视化的电子结构的1至3单层的WSe $_2$和证据的巨大的能量转移高达0.75 eV的铁电极化方向诱导的基础BiFeO $_3$。这样一个强大的转变打开了新的视角，在有效地操纵TMD属性的邻近效应。
2022-10-26 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Emergent Multifunctionality in Two-Dimensional Janus VSBrI Monolayer: A Study of Multiferroicity, Magnetoelectricity, and Piezoelectricity
基于第一性原理计算，提出Janus VSBrI单层兼具铁磁与铁电特性，具备优异的磁各向异性能与压电系数，且双轴拉伸应变可增强铁电相稳定性，在压电与自旋电子器件中极具应用潜力。
2024-09-26 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Lifting spin degeneracy in rhombohedral trilayer graphene for high magnetoresistance applications
本研究揭示菱方三层石墨烯自旋简并解除机制，提出基于其三种电子相的全石墨烯磁性隧道结设计，经计算验证其特性可调控，为低功耗自旋电子器件开发提供新方向。
2025-07-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
