Effect of surface tension and depolarization field on ferroelectric nanomaterials properties
提出了考虑表面张力和退极化场的纳米晶铁电陶瓷或纳米粉体性能的尺寸效应理论。将表面张力引入到自由能泛函中，用表面张力系数表示表面能。后者被证明是依赖于温度，由于其关系的纳米粒子的介电常数。模型中考虑了表面空间电荷层的存在，计算了退极化场效应，该空间电荷层能够补偿体材料中的退极化场。在尺寸驱动相变的顺电相和铁电相中，解析求解了具有外推长度随温度变化的边界条件的纳米材料非均匀极化的Euler-Lagrange方程。计算了这种相变的临界温度对颗粒尺寸的依赖性。得到了纳米材料极化率和介电常数随温度和尺寸的变化关系。通过最小化不同功率极化级数形式的常规自由能来计算这些和其他性质的可能性，但是系数取决于颗粒尺寸、温度、退极化场的贡献和表面张力系数。这些后者的影响被证明是影响基本的纳米材料的性能。与现有的实验数据进行比较。
2002-09-20 cond-mat.mtrl-sci
On the statistical correlations of random polarization and electric depolarization fields in ferroelectrics
本研究利用单轴铁电极化演化的精确可解随机模型，解析推导并数值呈现了极化畴结构形成过程中所有随机变量的含时两点关联系数，为含空间色散的非线性光学现象分析提供关键支撑。
2023-09-21 cond-mat.mtrl-sci
Size effects and depolarization field influence on the phase diagrams of cylindrical ferroelectric nanoparticles
不同形状的铁电纳米粒子及其复合材料是现代物理学研究的热点。由于它们在纳米技术的许多领域中的应用，尺寸效应和铁电性在临界颗粒体积下的可能消失吸引了越来越多的科学兴趣。在本文中，我们研究了圆柱形纳米粒子相图的尺寸效应，考虑到有效表面张力和退极化场的影响。采用直接变分法求解欧拉-拉格朗日方程。推导了顺电-铁电转变温度与纳米颗粒尺寸、极化梯度系数、外推长度、有效表面张力和电致伸缩系数的近似解析表达式。结果表明，转变温度可以高于纳米棒和纳米线的散装材料的一个在对比纳米盘，在那里发生的下降。计算了铁电-顺电相变的临界尺寸和临界体积。我们证明了在所有的圆柱形状的纳米棒揭示了最小的临界体积。我们预测了纳米棒和纳米线的铁电性能的增强。所得结果解释了所观察到的纳米棒的铁电性增强，并可能是非常有用的现代纳米复合材料具有完美的极性性能的阐述。
2006-04-08 cond-mat.mtrl-sci
Size Effects in Ferroelectric Thin Films: The Role of 180 degree domains
由于铁电薄膜中未补偿的表面电荷而产生的退极化场可以将铁电相抑制在临界尺寸以下。最近的实验表明，180度畴结构可以帮助在薄至3个晶胞的薄膜中稳定铁电性。利用含时Ginzburg-Landau理论研究了铁电薄膜的电畴结构对尺寸效应的影响。该模型通过考虑上下表面的非铁电钝化层来考虑退极化场的影响。我们表明，180度的畴尺寸减小，薄膜厚度的减少和膜突然成为顺电低于临界尺寸。180度域出现在极化切换引起的剩余极化的时间依赖性弛豫，与最近的实验一致。去极化引起的畴壁运动显著改变了小厚度下极化-电场（P-E）环的形状。
2006-11-15 cond-mat.mtrl-sci
Depolarization Induced III-V Triatomic Layers with Tristable Polarization States
具有高介电、压电和热稳定性的铁电体与主流半导体工业的集成将使新型器件类型能够广泛应用，但很少有硅兼容的铁电体适合于器件缩小尺寸。我们证明了与第一性原理计算，在纳米级的增强的去极化场可以用来软化不可切换的纤锌矿III-V族半导体，从而在具有可逆的极化状态的双（2D）片。由三个原子平面组成的2D片的AlSb被确定为主机的铁电性和反铁电性，和三态开关伴随着金属-半导体转变。的热力学稳定性和潜在的三原子层的合成与声子谱计算，从头算分子动力学，和可变组成的进化结构搜索证实。我们提出了一个二维AlSb基同质结场效应晶体管，支持三个不同的和非易失性的电阻状态。这类新的III-V族超导体衍生的二维材料具有双重铁电性和反铁电性，为基于非易失性多位的集成纳米电子学开辟了可能性。
2023-01-10 cond-mat.mtrl-sci
Correlation radius in thin ferroelectric films
本文给出了具有面内（a-膜）和面外（c-膜）极化取向的厚度为L的铁电薄膜的极化涨落的剖面、平均值、相关半径和广义极化率的解析计算。计算中考虑了极化梯度、表面能和退极化场的贡献。对于二阶铁电体的相关半径和广义磁化率发散的薄膜临界厚度Lcr的预期。在无退极化场的情况下，表面能和极化梯度决定了薄膜厚度引起的相变、相关半径和相变点的广义磁化率发散等尺寸效应。对于强退极化场的碳膜，其表面能、极化梯度、与极化不均匀分布有关的本征退极化效应以及电极中的不完全屏蔽决定了相关半径和广义极化率尺寸效应。在合理的材料参数下，所有因素的贡献是相当的，但可以很容易地通过改变表面能系数、极化梯度贡献和筛选条件来调整。
2009-07-01 cond-mat.mtrl-sci
Hyperferroelectrics: proper ferroelectrics with persistent polarization
所有已知的铁电体都不能垂直于表面或界面，如果所产生的去极化场是未屏蔽的，但没有基本原理来强制这种行为。在这项工作中，我们介绍了超铁电体，一类新的适当的铁电体，即使当退偏场是未屏蔽的，这种情况下，除了适当的铁电体的横向光模不稳定性的特点，相当于纵向光模的不稳定性。我们使用第一性原理计算表明，最近发现的几个六方铁电半导体具有这种性质，我们研究其后果在散装和超晶格几何形状。
2013-12-07 cond-mat.mtrl-sci
Modiffied Schottky emission to explain thickness dependence and slow depolarization in BaTiO$_3$ nanowires
我们调查的起源，退极化率的吸附物稳定的铁电线。通过应用密度泛函理论计算和解析建模，我们证明了退极化是由于表面吸附物上储存的电荷泄漏所致，这些电荷在极化稳定中起着重要作用。退极化速度随厚度和温度变化，遵循几个复杂的趋势。提出了一个综合考虑量子隧穿、肖特基发射和温度依赖的电子迁移率的物理模型。该模型模拟了实验结果，验证了物理机制。我们还期望这种改进的隧穿-肖特基发射模型可以应用于预测不同厚度和温度的各种铁电材料的极化保留时间和漏电流。
2015-02-13 cond-mat.mtrl-sci
Ferroelectric thin films properties: depolarization field and Landau free-energy coefficients renormalization
利用Euler-Lagrange微分方程的解析解计算了铁电薄膜中的极化，边界条件为表面上不同的外推长度。模型中考虑了退极化场效应，适用于短路单畴薄膜，即理想绝缘体。它表明，极化和其他属性的轮廓和平均值的计算可以减少到最小化的自由能表示为平均极化的幂级数与重正化系数，它取决于温度，膜厚度，外推长度，和系数的极化梯度项中的自由能泛函，去极化场也包括在重整化系数中。定义的空间分布特性的函数进行了计算，以及其振幅示出的平均偏振相一致。对自发极化、介电极化率和高温系数进行了详细的计算。厚度诱导铁电相变的临界参数，即在温度T（cl）和临界长度l（c）的介电常数和高温系数的发散，示出存在与和不存在退极化场的贡献，虽然T（cl）和l（c）的值是不同的，在这两种情况下。的退偏场的空间分布和这个字段依赖于温度和膜厚进行了详细的分析。
2002-05-13 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci
Length-scale dependent average structures, piezoelectricity enhancement and depolarization mechanisms in a non-MPB high-performance piezoelectric alloy system PbTiO3-Bi(Zr1/2Ni1/2)O3
一般认为，铁电合金中的大的压电响应需要将系统调节到准同型相界（MPB），即，组成驱动的铁电体间不稳定性。在这里，我们表明，即使在非MPB合金系统中也可以实现高压电响应。通过对（1-x）PbTiO 3-（x）Bi（Zr0.5Ni0.5）O3（PT-BNZ）的电场和温度依赖性XRD、Raman光谱、介电、压电和高场电应变测量的综合研究证明了这一点。我们发现，在室温下，极化场不可逆地抑制类铁电相。基于我们的研究结果，我们认为，在全球范围内出现的MPB，由四相和类四相组成，实际上并不是这样。大的压电响应是由于共存的tetravel区域的长期和短期的连贯性。因此，PT-BNZ系统与传统的MPB系统如PZT、PMN-PT和PbTiO 3-BiScO 3等在性质上不同，其在热力学平衡中表现出共存的四面体和菱面体/单斜相。在没有铁电体间不稳定性的情况下，场致极化旋转和铁电体间转变不再是解释PT-BNZ中大的压电响应的合理机制。大的压电性主要是由于通过域小型化实现的四畴壁的增强的移动性。我们的研究证明，实现大的压电性并不需要铁电体间的不稳定性作为必要的标准。
2018-01-10 cond-mat.mtrl-sci
Optically Induced Picosecond Lattice Compression in the Dielectric Component of a Strongly Coupled Ferroelectric/Dielectric Superlattice
铁电/介电BaTiO 3/CaTiO 3超晶格的双带隙飞秒光激发导致结构响应，这是组件层之间的强静电耦合的屏蔽的结果。时间分辨的X射线自由电子激光衍射表明，光激发的结构响应包括一个净晶格膨胀的超晶格一致的去极化场屏蔽驱动的光激发载流子。去极化场屏蔽驱动的膨胀与从超晶格外延生长的底部电极发射的光声脉冲分离。超晶格X射线衍射强度的分布表明，去极化场屏蔽引起的应变包括在铁电体BaTiO 3和CaTiO 3中的收缩的光致膨胀。BaTiO 3层的膨胀幅度大于CaTiO 3层的收缩幅度。在BaTiO 3和CaTiO 3组件中的去极化场屏蔽驱动的应变的幅度的差异可以从BaTiO 3/CaTiO 3界面处的氧八面体旋转模式对CaTiO 3的极化的贡献中产生。去极化场屏蔽驱动的极化减少在CaTiO 3层指向一个新的方向，在一个强耦合的铁电/介电超晶格的组成层的极化的操纵。
2022-11-03 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Stability of Vortex Phases in Ferroelectric Easy-Plane nano-Cylinders
有限尺寸铁电体中极化梯度引起的束缚电荷会产生不利的退极化电场，从而抑制均匀铁电态。为了降低退极化能量，在铁电纳米颗粒、纳米盘和纳米棒内部形成非均匀涡旋（环形）状态。基于Ginzburg-Landau方程与静电场方程耦合的自洽解，研究了纳米易平面铁电柱中出现的多涡旋环形态。计算了这些态的几何织构、临界温度和稳定区。
2008-02-28 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.stat-mech
Intrinsic ionic screening of the ferroelectric polarization of KTP
在铁电材料中，由于可动自由电荷与固定的晶格偶极子之间的库仑相互作用，可动电荷与晶格极化相互作用。我们已经研究了这种相互屏蔽KTiOPO 4，铁电/超离子单晶中的移动电荷是K+离子。靠近晶体表面的离子积累导致二次谐波产生的数量级增加。这种离子空间电荷模型的支持下，在非离子导体，但铁电BaTiO 3，其温度依赖性KTiOPO 4和其广泛的耗尽域壁的情况下，这样的效果。
2015-03-20 cond-mat.mtrl-sci
Nucleation suppression by charge screening on grain boundaries: a kinetic model for bulk imprint in polycrystalline ferroelectric thin films
Zhangjiang Laboratory（张江实验室）；Frontier Institute of Chip and System, Fudan University（复旦大学芯片与系统前沿研究院）；Institute of Microelectronics, Chinese Academy of Sciences（中国科学院微电子研究所）
本研究通过建立相场模型，揭示了晶界处电荷屏蔽对铁电薄膜中体印现象的影响机制，为理解铁电存储器可靠性问题提供了新视角。
2025-12-15 cond-mat.mtrl-sci
Meta-screening and permanence of polar distortion in metallized ferroelectrics
铁电材料的特征在于自发极性畸变。在自由电荷的存在下，这种扭曲的行为是金属化铁电体物理学的关键，更一般地说，是结构极性金属的关键。使用第一性原理模拟，在这里，我们表明，极性失真抵抗金属化和随之而来的抑制长程偶极相互作用的绝大多数样品的11个代表性的铁电体。我们确定了一个元屏蔽效应，发生在掺杂的化合物作为与静电屏蔽相关的电荷重排的结果，作为决定非中心对称相的生存的主要因素。我们的研究结果大大推进了我们对结构极性金属本质的理解，并提供了场效应电荷注入或接近导电器件元件时铁电体行为的指导方针。
2018-02-21 cond-mat.mtrl-sci
The screening effects influence on the nano-domain tailoring in ferroelectrics-semiconductors
计算了BaTiO_3和LiNb_3铁电半导体中原子力显微镜针尖电场记录的纳米畴的实际尺寸，并与以往的计算结果进行了对比.我们修改了现有的畴形成模型，允许德拜屏蔽，充电的迟缓的表面屏蔽层之间的尖端尖端和畴对接表面的发射电流和畴退极化场的重新分配引起的充电尖端。结果表明，畴壁的退极化场能、德拜屏蔽效应和高压场致发射导致了平衡畴尺寸的本质减小。我们得到，畴长和畴半径并不随电压的降低而连续减小：在一定的临界电压下，畴长和畴半径都不为零。这种“阈值”畴的形成类似于一阶相变，并且与最近的理论和实验研究相关。
2005-11-18 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
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
Competing charge transfer and screening effects in two-dimensional ferroelectric capacitors
本研究通过第一性原理计算揭示二维铁电电容器中电极的电荷转移与屏蔽效应竞争机制，发现火山型关系及二次方标度，并阐明厚度依赖的稳定性转变，对超薄铁电器件设计具有重要意义。
2023-11-16 cond-mat.mtrl-sci
Analytical description of domain morphology and phase diagrams of ferroelectric nanoparticles
在Landau Ginzburg Devonshire方法的框架下，发展了铁电纳米粒子畴结构形态和相图的解析描述。为了模拟粒子表面自发极化的不完全屏蔽的现实条件，考虑用具有有限屏蔽长度的超薄屏蔽电荷层覆盖粒子表面。通过有限元模型计算的球形Sn2P2S6纳米颗粒在“温度与表面屏蔽长度”坐标系中的相图表明，在三临界点处出现多畴区域，并且随着颗粒半径的屏蔽长度超过临界值而变宽。亚稳态和稳定的谷胱甘肽结构域存在于Sn2P2S6纳米粒子的半径为8和10 nm及以上，类似于前面考虑的CuInP2S6纳米粒子的情况。推导了顺电相、单畴和多畴铁电相的边界、三临界点和铁电畴出现的必要条件的简单解析表达式，并与有限元模拟结果进行了比较，证明了其高精度。分析描述表明，相图和畴形态，这是定性相似的计算在这项工作中，可以预期在其他铁电纳米粒子覆盖的屏蔽电荷，而不同的一级和二级铁电顺电转变的铁电体。
2018-06-04 cond-mat.mtrl-sci
Dynamic Tilting of Ferroelectric Domain Walls via Optically Induced Electronic Screening
光激发扰乱了铁电薄膜中畴壁倾斜取向选择现象的平衡。超快光脉冲在低应变BaTiO 3薄膜中产生的高载流子密度改变了90° a/c畴壁相对于衬底-薄膜界面的倾斜角。动态的变化是显而易见的，在时间分辨同步辐射X射线散射研究的域漫散射。倾斜发生在298 K，在该温度下，a/b和a/c域相共存，但在343 K的更好地有序的单相a/c政权缺席。在298 K的相共存导致畴壁电荷密度增加，从而比单相制度更大的屏蔽效应。屏蔽机制为纳米铁电性的控制指明了新的方向。
2022-10-14 cond-mat.mtrl-sci
High-throughput screening of charge-order-induced ferroelectrics
本文提出高通量筛选流程，在 Materials Project 数据库中结合局域对称性、键价和及第一性原理计算，从 147 种电荷序与铁电极化共存材料中识别出 21 种电荷序诱导铁电候选材料，并分析其结构耦合与电子性质。
2025-07-03 cond-mat.mtrl-sci
Effect of surface ionic screening on polarization reversal scenario in ferroelectric thin films: crossover from ferroionic to antiferroionic states
在纳米铁电体中，具有电化学性质的表面离子与铁电偶极子之间的非线性静电相互作用产生了耦合铁离子态。本文研究了表面离子形成能对铁电薄膜的极化状态、极化反转机制、电畴结构和相图的影响。利用三维有限元模拟，分析了铁电极化和离子电荷的分布和电滞回线，以及畴态的动力学。在大的参数空间上进行的这些计算描绘了作为表面离子形成能量、膜厚度、施加电压和温度的函数的单畴和多畴铁电、铁离子、反铁离子和非铁电状态的区域。我们进一步将一维体系的解析理论映射到有效Landau-Ginzburg自由能上，建立了三维数值计算结果与一维解析结果之间的对应关系。这种方法允许执行的铁离子系统的相图的概述，并探索开关和域演化现象的具体。
2017-10-30 cond-mat.mtrl-sci
Four switching categories for thin-film and bulk ferroelectrics
我们将铁电体包括外延/多晶薄膜和单晶/陶瓷块体在不同外加电场下的开关动力学分为四类，这取决于相邻部分之间的开关促进效应引起的去极化场和/或极化反转是否可以忽略。我们表明，我们最近开发的统计模型[Journal of Physics：Condensed Matter 21，012207（2009）]以其广义形式适用于所有这四个类别。最后，将本文模型与传统的Kolmogorov-Avrami-Ishibashi模型进行了比较，并讨论了不同n时开关电流的行为。
2008-12-08 cond-mat.mtrl-sci
Two-dimensional ferroelectrics from high throughput computational screening
本研究通过高通量计算从C2DB的252种二维热释电材料中筛选出64种铁电材料，分类统计了极化类型，验证了多数已知材料并预测新材可剥离获得，还发现部分材料存在亚稳态及VAgP₂Se₆的三态极化特性。
2022-09-28 cond-mat.mtrl-sci
Impact of ferroelectric nonlinearity and correlation effects on nanodomain formation
本文采用双参数试探函数的直接变分法和Landau-Ginzburg-Devonshire近似方法，导出了偏置扫描探针显微镜探针引起的铁电体极化空间再分布的解析表达式。我们证明了由探测电场诱导的纳米畴的形状可以是扁球形或长球形，这取决于铁电非线性强度。对于典型的铁电材料参数和探针尖端几何形状，畴核纵横比接近介电各向异性因子。相应的强制性偏见的稳定域的形成是在合理的协议与现有的实验结果。尖峰状域典型的Landauer-Molotskii刚性方法出现在所考虑的情况下，只有当去极化场能量的贡献强烈主导的非线性相关性和场效应和域壁能量。
2010-04-14 cond-mat.mtrl-sci
Ferroelectric Domain-Wall Motion, Stability, and Frequency Responses under Different Screening-Charge Conservation Laws
Department of Materials Science and Engineering, University of Tennessee（田纳西大学材料科学与工程系）
本研究分析不同 screening 电荷守恒定律下铁电畴壁的运动、稳定性及频率响应，建立相关理论框架，结合 BaTiO3、BiFeO3 实例阐释其与材料热力学的关联。
2026-10-12 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
Periodic Slab LAPW Computations for Ferroelectric BaTiO$_3$
采用线性缀加平面波（LAPW）方法对周期性（001）和（111）BaTiO $_3$进行了计算，以了解表面对BaTiO $_3$铁电性能的影响。发现（111）板的稳定性远低于（001）板。平均表面能分别为3700 erg/cm $^2$和1600 erg/cm $^2$。在理想的非弛豫板中，退极化场足够大，以完全抑制铁电不稳定性。没有明显的中间带隙表面态，但在非弛豫板的上带隙和价带的顶部有表面态。悬空表面Ti键自愈合，使得Ti-O表面非常活泼并且是优异的外延衬底。离表面仅一个晶胞的原子上的电荷密度与体相几乎相同。关键词：铁电，表面，平板，电子结构，退极化，钛酸钡$_3$，薄膜
1995-05-12 cond-mat.mtrl-sci mtrl-th
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
Low Operation Voltage Ferroelectric Field-Effect Transistor Based on Polarization Rotation Effect
利用Landau-Ginzburg-Devonshire理论模型研究了极化旋转对金属氧化物半导体场效应晶体管性能的影响。在这个分析模型中，退极化场，极化旋转和掺杂硅衬底的静电特性被认为是说明铁电氧化物的尺寸效应和极化在每个方向上的稳定性。基于此模型，我们证明了MOSFET的操作可以通过极化重取向与低的工作电压，如果选择适当的厚度的铁电氧化物。极化重取向可以提高硅衬底的表面电势，导致低于60 mV/decade的亚阈值摆幅S。我们相信，该模型可以提供指导，在设计低工作电压和低有源功耗的电子逻辑器件。
2015-07-02 cond-mat.mtrl-sci
Polarization dependent interface properties of ferroelectric Schottky barriers studied by soft X-ray absorption spectroscopy
采用软X射线吸收谱研究了铁电电容器中Ti的L边。内光电流和X射线吸收光谱与偏振态有关。结果解释的光电效应和铁电电容器中的内部电位的基础上，作为一个结果的背靠背肖特基势垒叠加的电位由于退极化场。一般来说，所提出的方法提供了一个机会，以调查在薄膜器件中的掩埋金属-绝缘体和金属-半导体界面的电子结构。通讯作者：h.h. fz-juelich.de
2008-10-23 cond-mat.mtrl-sci
Theoretical Study of the Soft Optic Mode Scattering in a Relaxor Ferroelectric: the Strong Effect of the Depolarizing Fields
分析了弛豫铁电体顺电相中球对称极化纳米区（PNR）对横光学模的散射。在E.Iolin和J.Toulouse提出的平均场模型的框架下进行了计算，但考虑了退极化场效应DF。系统的基元激励有两种类型：涡激（V）和准极激（QP）。DF降低了局部QP相变的温度。局部相变温度被发现是低（高）的涡比QP激发的情况下，小（大）尺寸PNR。因此，QP和涡旋冷凝都是可能的。退偏场对涡旋散射没有影响。对于QP散射的情况，DF效应是必不可少的，特别是在总角动量j=1的情况下。当入射波的动量q很小时，散射波的涡旋和QP（在j \geq 2处）截面为零。而QP截面λ（j=1）在q~0.01-0.001范围内是饱和的，只有在对应于软模波长宏观值的极小q值处才为零。这种散射导致TO扩散波制度的抑制，并允许定性地了解所谓的瀑布现象早期观察到的布鲁克海文组在中子非弹性散射弛豫的一些功能。PACS：77.80。e; 77.84。s; 78.70.Nx; 77.22.Gm
2010-11-08 cond-mat.mtrl-sci
Surface Effect on Domain Wall Width in Ferroelectrics
在Landau-Ginzburg-Devonshire唯象的框架下，研究了与非均匀极化分布、应变和表面能参数有关的退极化场对铁电薄膜表面附近畴壁轮廓的影响.不均匀的弹性应力和正的表面能都导致了电屏蔽表面的壁宽化。对于弱压电耦合的铁电体，定义表面能参数的外推长度比非均匀弹性应力对壁宽的影响更大。出乎意料的是，畴壁轮廓在接近表面时遵循长程幂律，而在本体中呈指数饱和。在具有高压电耦合和可忽略的小表面能（即高外推长度）的材料中，不均匀弹性应力效应占主导地位。
2008-05-03 cond-mat.mtrl-sci
Polarization Screening Effect on Local Polarization Switching Mechanism and Hysteresis Loop Measurements in Piezoresponse Force Microscopy
压电响应力谱（PFS）已成为探测纳米尺度上的极化动力学的有力工具。施加直流偏压到与铁电表面接触的纳米级探针导致铁电畴在探针顶点下方成核和生长。后者影响由探针检测的局部机电响应。由此产生的磁滞回线包含局部铁电开关的信息。PFS数据的自洽分析需要（a）导出畴成核的热力学参数和（b）建立畴参数与PFM信号之间的关系。本文分析了畴壁屏蔽效应对局域极化反转机制的影响。结果表明，屏蔽不仅控制了畴形核激活能，而且控制了磁滞回线饱和速率。
2007-02-08 cond-mat.mtrl-sci
Labyrinthine domains in ferroelectric nanoparticles: a manifestation of gradient-driven morphological transition
在Landau-Ginzburg-Devonshire（LGD）方法的框架下，研究了单轴铁电体球形纳米颗粒中相图和畴结构演化的有限尺寸效应。颗粒表面覆盖有一层屏蔽电荷，其特征在于具有有限的屏蔽长度。在坐标“粒子半径与屏蔽长度”中计算的相图具有分离单畴铁电相和非极性顺电相的多畴结构的宽区域。出乎意料的是，我们发现了一个区域的稳定的不规则的铁电畴的单轴铁电CuInP 2S 6的纳米粒子与一级顺电-铁电相变。我们建立了谷胱甘肽结构域的起源是LGD，极化梯度和静电能的相互平衡。当极化梯度能量低于临界值时，畴壁出现分支并迅速增加。考虑到LGD方法的普遍性，我们认为梯度诱导的形态转变可能是许多具有长程序有序参数的空间受限铁性材料（包括弛豫铁性材料、铁磁性材料、反铁畸变材料和具有无公度铁性相的材料）中出现铁磁畴的来源。
2018-05-05 cond-mat.mtrl-sci
Piezoresponse Force Spectroscopy of Ferroelectric Materials
压电响应力谱（PFS）已经成为一种强大的技术，用于探测高度局部化的开关行为和微观结构和缺陷对开关的作用。直流偏压的应用程序与铁电表面接触的扫描探针显微镜尖端的铁电域下方的尖端的成核和生长的结果，导致在局部机电响应的变化。由此产生的磁滞回线包含局部铁电开关行为的信息。PFS中的信号是新生域的体积和尖端的探测体积的卷积。在这里，我们分析的信号形成机制，在PFS的主要参数推导出在一个半无限的材料中的域成核和使用线性格林函数理论建立域参数和PFM信号之间的关系。建立了表面屏蔽和有限德拜长度对开关行为的影响。特别是，我们预测，在PFM的临界核尺寸控制的表面屏蔽机制，在没有屏蔽，尖端诱导开关是不可能的。PFS的未来前景研究域成核附近的缺陷，铁电体中的局部开关中心，和不寻常的极化状态在低维铁电体进行了讨论。
2006-10-27 cond-mat.mtrl-sci
Control of polarization hysteresis temperature behavior by interfacial screening in thin ferroelectric films
铁电界面是极性表面性质基础研究的独特模型对象，例如自由载流子自发极化的通用屏蔽机制以及与环境介质的可能离子交换。在铁电体中，离子吸附对铁电体极化反转的影响已在实验和理论上得到了研究，但对铁电体极化滞后温度行为的影响还没有得到探讨。此外，线性和非线性电子屏蔽的铁电滞后的比较理论分析，以及自发极化的强非线性离子屏蔽是缺乏的。在这项工作中，我们研究的自由能释放的薄铁电薄膜覆盖的屏蔽电荷层的不同性质和超薄的间隙分离膜表面的顶部电极和计算在不同温度下的极化和屏蔽电荷在所考虑的系统的磁滞回线。考虑了三种基本模型的屏蔽电荷密度对电势的依赖关系，即线性Bardeen型电子表面态（BS）模型、非线性Fermi-Dirac（FD）态密度模型和强非线性Stephenson-Highland（SH）模型.出现的BS，FD和SH屏蔽电荷，其性质主要是不同的，确定的自由能救济（包括对应于在不同的施加电压的自由能最小值的极化值），并控制在不同温度下的极化磁滞回线的形状。
2018-04-24 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Polar discontinuity screening by charge disproportionation in ferroelectric-nickelate superlattices
ETH Zurich（苏黎世联邦理工学院）；Université de Liège（列日大学）
通过DFT计算发现SmNiO$_3$/BaTiO$_3$超晶格中电荷歧化重排可屏蔽极性不连续性，转移1 e/f.u.并改变Ni价态序列，该机制可能普遍适用于钙钛矿体系。
2026-09-28 cond-mat.mtrl-sci
Twist, splay, and uniform domains in ferroelectric nematic liquid crystals
研究铁电向列相液晶在受限薄盒中的极化畴构型，发现退极化场与弹性、表面锚定的平衡决定条纹或扇形畴的形成，静电作用缩小畴尺寸而离子屏蔽抑制畴形成。
2025-07-16 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Modeling of micro- and nano-scale domain recording by high-voltage atomic force microscopy in ferroelectrics-semiconductors
计算了铁电半导体晶体中微畴和纳米畴在原子力显微镜针尖电场作用下的平衡尺寸。该畴被认为是一个扁长的半椭球体，畴壁相当薄。首次考虑了样品的半导体性质和畴壁的表面能，修正了Landauer模型。晶体内部的自由载流子导致在畴周围形成屏蔽层，该屏蔽层部分地将其内部与去极化场屏蔽。我们通过晶体材料参数（屏蔽半径、自发极化值、介电常数张量）和原子力显微镜针尖特征（电荷、曲率半径曲率半径）来表示畴的半径和长度。通过施加电压的畴半径的依赖关系是在一个很好的定量协议与高压原子力和扫描探针显微镜记录在铌酸锂和钽酸锂晶体的亚微米铁电畴。
2005-05-16 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
Skyrmion nucleus resolves the Landauer paradox
Department of Physics, School of Science, Westlake University（西湖大学理学院物理系）；Institute of Natural Sciences, Westlake Institute for Advanced Study（西湖高等研究院自然科学研究院）
本研究通过大规模分子动力学模拟发现，无缺陷PbTiO3中的内在临界核为三维极性skyrmion，其自补偿束缚电荷解决了Landauer悖论，推翻了Janovec-Kay-Dunn定律，并提出了由单一材料描述符控制的解析矫顽场定律。
2026-09-22 cond-mat.mtrl-sci
Statistical switching kinetics in ferroelectrics
通过假设一个更现实的成核和极化反转的情况下，我们建立了一个新的统计开关模型的铁电体，这是不同的Kolmogorov-Avrami-Ishibashi（KAI）模型或成核有限开关（NLS）模型。该模型在引入了随时间变化的退偏场后，较好地描述了多晶薄膜在中、低场下的延迟行为，这是传统KAI模型所不能描述的。该模型正确地预测了n=1的多晶薄膜在高Eappl或陶瓷块在理想情况下。
2008-07-16 cond-mat.mtrl-sci physics.data-an
Multidomain switching in the ferroelectric nanodots
控制铁电纳米晶体、纳米线和纳米点中的极化切换具有与自发极化相关联的去极化场的出现相关的固有特异性。该场将有限尺寸的铁电样品分裂成极化域。在这里，基于三维数值模拟，我们研究了形成180 $^{\circ }$极化域的纳米片，单轴铁电材料制成，并表明，除了极化的单畴状态，多畴结构，特别是条纹和圆柱形，可以出现和竞争过程中的开关。这些配置之间的多位切换协议可以通过温度和场变化来实现。
2015-10-03 cond-mat.mes-hall 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
Effect of internal electric field on ferroelectric polarization in multiferroic TbMnO$_3$
热释电测量已被广泛用于研究多铁性材料的铁电性质。然而，由于漏电流和捕获的电荷载流子，通过这种方法确定本征极化并不简单。在这里，我们证明了内部电场的形成，由于热刺激的电荷载流子和铁电极化的影响，在多晶样品的众所周知的多铁性TbMnO $_3$。当一个电场（$E_{ext}$）在铁电转变期间极化（$T_C$ $\sim$ 26 K）对于在$T_C$处获得去极化电流是必不可少的，仅在顺电态（$T_{pole}$ = 130 $-$ 50 K）下极化的样品也在$T_C$处表现出热电流峰，但具有与外场（$-$ $E_{ext}$）相同的极性（$-$ $I_{pyro}$）。我们证明，这些不寻常的行为的热电流是由一个积极的内部电场（$+$ $E_{int}$），这反过来又是由热刺激的自由电荷载流子在顺电状态的极化过程中所造成的。我们还表明，直流偏置电流和高温电流测量相结合是一种很有前途的方法来研究本征铁电性能的多铁性材料。
2015-01-05 cond-mat.mtrl-sci
Phenomenological Description of Disordering in Ferroelectric Materials Caused by Charged Defects
提出了电荷密度随机涨落的带电杂质引起铁电半导体中铁电无序的唯象描述。材料的反常电导率与平均杂质电荷密度成正比。对于足够高的电导率，自由载流子在没有外部场的情况下屏蔽波动。当外加电场时，非均匀极化的“带电缺陷+屏蔽云”系统出现内场涨落和动力学感应涨落。我们表明，宏观状态的铁电半导体随机带电缺陷和足够高的不当电导率可以描述由三个耦合方程的三个参数平均在样品体积。感应决定了系统的铁电有序性，其平方涨落决定了带电涨落周围的电场涨落引起的无序性，感应涨落与电荷密度涨落的平均乘积反映了自由载流子屏蔽云与带电缺陷涨落之间的相关性。我们第一次推导出下列非线性耦合方程组。所得到的耦合方程系统充分描述了极化开关（足迹和轻微的磁滞回线）在这种散装铁电材料，如PLZT陶瓷和SBN单晶掺杂铈的特点。
2004-04-03 cond-mat.mtrl-sci
Phase-field modeling of chemical control of polarization stability and switching dynamics in ferroelectric thin film
相场模拟（PFS）技术的出现，使人们对铁电薄膜和陶瓷的电畴结构和开关行为的理解发生了革命性的变化。通常，PFS基于在固定电势或电荷的物理边界条件（BC）下针对定义的（多个）序参量场的（一组）Ginzburg-Landau方程的解。虽然与块体材料和器件中的界面匹配良好，但这些BC通常不适用于自由铁电表面。在这里，我们开发了一个自洽的相场模型与边界条件的基础上的电化学平衡。以（001）取向的单四方畴（Pz）结构的Pb（Zr 0.2Ti 0.8）O3薄膜为模型体系，系统地研究了氧分压、温度和表面离子对薄膜铁电态的影响，并与完全屏蔽的情况进行了比较。我们进一步探讨了氧分压引起的极化反转，并观察到化学屏蔽引起的明显的尺寸效应。我们的工作有助于理解铁电薄膜中由电化学离子表面补偿引起的涌现现象。
2016-09-15 cond-mat.mtrl-sci
Stochastic theory of ferroelectric domain structure formation dominated by quenched disorder
本文构建计入外场与局域退极化反馈的自洽随机模型，描述淬火单轴铁电体的畴结构形成，并通过相关函数方程揭示单畴/多畴分岔及矫顽场。
2023-04-19 cond-mat.mtrl-sci
Tuning the Polar States of Ferroelectric Films via Surface Charges and Flexoelectricity
使用自洽的Landau-Ginzburg-Devonshire方法，我们模拟和分析了自发形成的域结构的铁电薄膜覆盖的特定性质的表面屏蔽电荷（Bardeen型表面状态）。因此，我们认为筛选和域的形成之间的竞争作为替代方法，以减少静电能量和显示不寻常的特性的分布的极化，电场和弹性场的条件下的表面屏蔽长度和flexocoupling强度。我们已经建立了薄膜的临界厚度和顺电相的转变温度强烈依赖于Barclay屏蔽长度，而flexocoupling影响极化旋转和闭合域结构，并在远离顶部开放表面的薄膜深度中诱导带状纳米级域。因此，表面屏蔽（源自例如环境离子或表面状态的吸附）和挠曲耦合的联合作用可以显著地改变薄铁电膜的极性和机电性质。
2017-04-01 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Defect driven flexo-chemical coupling in thin ferroelectric films
利用Landau-Ginzburg-Devonshire理论，研究了挠曲电化学耦合对含弹性缺陷铁电薄膜的极性和相变的尺寸效应的影响.我们研究了一个典型的情况下，当缺陷填充薄膜表面下的一个薄层与一个恒定的浓度创建一个额外的梯度的弹性场。薄膜的缺陷表面没有覆盖电极，而是覆盖有环境屏蔽电荷的超薄层，其特征在于表面屏蔽长度。这种几何形状是典型的扫描探针压电力显微镜。结果表明，Vegard应力和挠曲电效应（简称挠曲化学耦合）的共同作用对含有一层弹性缺陷的PbTiO 3薄膜的铁电转变温度、自发极化和弹性场的分布、畴壁结构和周期具有意想不到的强烈影响。一个不平凡的结果是铁电性持续在膜厚度低于4 nm，温度低于350 K和相对高的表面屏蔽长度（~0.1 nm）。这种现象的起源是在膜中的域结构的重建（即从c-域条纹到a-型闭合域的交叉），当其厚度减小到4 nm以下时，由挠曲电耦合调节并由负Vegard效应促进。对于正Vegard效应，较厚的膜表现出明显的最大值的转变温度，其位置和高度可以通过缺陷类型和浓度的厚度依赖性的外观。揭示的功能可能有重要的意义，铁电基器件的小型化。
2017-08-02 cond-mat.mtrl-sci
Thermodynamical approach to nanodomain tailoring in thin ferroelectric-semiconductor films
提出了利用原子力显微镜电场对铁电-半导体薄膜进行纳米畴剪裁的理论。在考虑Debye屏蔽和发射电流引起的表面电荷层再充电的基础上，对已有的磁畴形成模型进行了修正，首次计算了BaTiO 3、PbZr xTi 1-xO 3和LiTaO 3铁电-半导体薄膜中纳米畴的实际尺寸.结果表明，畴壁的退极化场能、德拜屏蔽效应和高压场致发射导致了平衡畴尺寸的本质减小。首次得到了磁畴半径不随外加电压的减小而连续减小的结论：在一定的临界电压下，磁畴半径不为零。这一结果与实验观察到的PbZrxTi（1-x）O_3和LiTaO_3薄膜的阈值畴记录完全一致。这种阈值畴的形成类似于一级相变。我们希望，我们的研究结果将有助于确定必要的记录条件和适当的铁电介质，以获得稳定的畴在很宽的施加电压范围内的最小横向尺寸。
2005-09-16 cond-mat.mtrl-sci
Control of polymorphism during epitaxial growth of hyperferroelectric candidate LiZnSb on GaSb (111)B
铁电器件面临的一个主要挑战是去极化场，它与铁电薄膜的极限范围内的长程极性序竞争并经常破坏它们。最近的理论预测表明，一类新的材料，称为超铁电，这应该是强大的对退极化场，使铁电性下降到单层极限。在这里，我们展示了超铁电候选材料之一的六方晶系LiZnSb的外延生长，在GaSb（111）B衬底上的分子束外延。由于所有三种原子物种的高挥发性，我们发现，LiZnSb可以生长在一个吸附控制的窗口，使用过量的锌通量。在该窗口内，所需的极性六方相相对于竞争的立方多晶型物是稳定的，如通过X射线衍射和透射电子显微镜测量所揭示的。第一性原理计算表明，对于适度量的外延应变和适度浓度的Li空位，立方LiZnSb相的形成能比六方相低，但每个分子式单元仅低几毫电子伏。因此，我们认为动力学在低温下稳定所需的六方相方面发挥着作用。我们的研究结果提供了一个路径，实验证明铁电性和超铁电性在一类新的三元金属间化合物。
2020-01-16 cond-mat.mtrl-sci
