Large isosymmetric reorientation of oxygen octahedra rotation axes in epitaxially strained perovskites
利用第一性原理密度泛函理论计算，我们发现了一个巨大的双轴应变诱导的八面体旋转轴重取向的斜方钙钛矿倾向于菱面体对称。具有不同八面体旋转幅度的晶体学等效（等对称）结构之间的过渡起源于强应变-八面体旋转耦合可用于钙钛矿和竞争八面体倾斜模式之间的能量等级。通过阐明这些标准，我们认为许多功能钙钛矿将表现出薄膜形式的转变，从而提供了一个新的景观，其中定制高度各向异性的电子响应。
2011-06-13 cond-mat.mtrl-sci
Incipient ferroelectricity in 2.3% tensile-strained CaMnO3 films
在（001）取向的LaAlO_3衬底上生长的CaMnO_3外延薄膜在25K以下具有初始铁电性。光学二次谐波产生（SHG）用于检测初始偏振。二次谐波分析表明，具有正交b轴面内取向的CaMnO 3微晶有助于沿正交a轴取向的电极化的强度（分别为1.0 μ m和1.5 μ m）。c）轴与密度泛函计算的预测一致。
2012-05-08 cond-mat.mtrl-sci
Depolarizing-Field Effect in Strained Nanoscale Ferroelectric Capacitors and Tunnel Junctions
利用非线性热力学理论研究了退极化场对铁电电容器和隧道结中均匀极化的大小和稳定性的影响。据预测，在涉及应变外延膜和金属电极的异质结构中，均匀的极化状态可以保持稳定，对顺电相和多畴状态下到纳米级的转换。这一结果支持的可能性去极化场相关的电阻开关在铁电隧道结与不同的电极。在这样的结的电阻开/关比示出由在电极中的屏蔽空间电荷的倒易电容之间的差异。
2006-11-08 cond-mat.mtrl-sci
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。
2005-01-06 cond-mat.mtrl-sci
Realization of A Strong Ferroelectric Metal by Nb-doping in Strained EuTiO$_{3}$
铁电金属由于同时具有金属性和铁电性这两种看似不相容的物理性质而备受关注。一个重要的问题，无论是基础研究和潜在的应用是如何实现一个强大的FE金属。一种策略是将强FE绝缘体掺杂到FE金属中，条件是所诱导的自由电子不破坏FE失真。应变EuTiO $_{3}$薄膜是一种强铁磁材料，是一种很有前途的候选材料。在这里，我们使用混合密度泛函理论计算Nb掺杂应变EuTiO $_{3}$薄膜的结构，电子和极化特性。结果表明，应变EuTi $_{0.875}$ Nb $_{0.125}$ O $_{3}$薄膜是一种强FE金属，因为Nb掺杂诱导了金属性而没有削弱FE畸变。讨论了金属性和强铁电性共存的原子机制。研究结果表明，掺杂和应变工程相结合是一种很有前途的方式来实现新的EuTiO $_{3}$基强FE金属，并可能用于其他材料以及。
2022-03-20 cond-mat.mtrl-sci
Molecular ferroelectric contributions to anomalous hysteresis in hybrid perovskite solar cells
我们报告了一个模型描述的分子取向无序CH 3 NH3 PbI 3，解决了一个经典的哈密顿参数与电子结构计算，通知从头算分子动力学的运动的性质。我们调查的温度和静态电场依赖的平衡铁电（分子）域结构和由此产生的极化率。观察到一个丰富的孪生分子偶极子的域结构，强烈变化的温度和施加的电场的函数。我们建议，与微观极化域相关的内部电场有助于在混合有机-无机钙钛矿太阳能电池的电流-电压响应的滞后异常，由于在散装的电子-空穴复合的变化。
2014-06-19 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
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。
2015-11-10 cond-mat.mtrl-sci
No clear evidence of ferroelectric order in tensile-strained anatase-TiO2 thin films grown on (110) NdGaO3 substrates
最近有报道称，使用压电力显微镜（PFM）发现了具有单晶结构的1.6%拉伸应变TiO 2薄膜中的可切换铁电极化（参见N. Deepak等人，Adv. Funct. Mater. 2014，24，2844）。极化仅在高于450 K时消失，这被指定为居里温度Tc。在这里，我们进行了X射线衍射，二次谐波产生（SHG）和红外线调查相同的薄膜。声子频率随拉伸应变的变化低于10%，在预期的TC附近没有异常。二次谐波实验没有发现任何反转对称性破缺的信号特征，正如在铁电相中所预期的那样，并且c晶格参数在预期的TC附近加热时没有表现出异常。基于这些结果，我们可以总结，我们不能确认先前发现的铁电性在拉伸应变锐钛矿-TiO 2薄膜。
2016-02-08 cond-mat.mtrl-sci
Non-ferroelectric nature of the conductance hysteresis in CH3NH3PbI3 perovskite-based photovoltaic devices
我们目前的测量电导滞后CH 3 NH3 PbI 3钙钛矿薄膜，使用双波法进行，为了调查的铁电响应的可能性。在0.1 Hz至150 Hz的范围内观察到滞后的强烈频率依赖性，在低于0.4 Hz的频率下滞后电荷密度超过1000 μC/cm 2-这是铁电响应的非特征行为。我们发现，所观察到的滞后电导，以及在阻抗谱中的双弧的存在下，可以完全解释由移动离子的迁移偏置下的时间尺度上的秒。我们的测量将任何固有频率无关极化的上限约为1 μC/cm 2，排除了铁电性作为电流-电压滞后的主要原因，并提供了离子迁移在改变CH 3 NH3 PbI 3器件效率方面的重要性的进一步证据。
2015-04-21 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Piezoelectric properties of ferroelectric perovskite superlattices with polar discontinuity
利用密度泛函理论，从第一性原理出发，研究了17种极性不连续的短周期铁电钙钛矿超晶格中高对称性$P4mm$极性相的稳定性.结果表明，在大多数超晶格中，该相表现出铁电不稳定性或反铁电畸变不稳定性，或两者兼而有之。对于每个超晶格，基态结构，可能的亚稳相的结构，自发极化，和压电性能进行了计算。比较了具有极性间断的超晶格、对称性破缺的超晶格和没有极性间断的普通超晶格的性质。结果表明，某些极性不连续超晶格的高压电系数（可达150- 270 pC/N）是由于在外加应变的影响下出现了强的晶格畸变，这种畸变的对称性遵循基态结构的低极性声子模的对称性。
2020-12-16 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Ferroelectricity in strained Ca$_{0.5}$Sr$_{0.5}$TiO$_3$ from first principles
本文对应变Ca $_{0.5}$ Sr $_{0.5}$ TiO $_3$进行了密度泛函理论研究。我们已经确定了2 $\times$ 2 $\times$ 2超晶胞中Ca和Sr的一些排列的结构和极化。a和b晶格矢量被应变以匹配旋转的Si（001）面的晶格常数。为了设置CSTO研究的背景，我们还包括CaTiO $_3$和SrTiO $_3$的Si（001）约束结构的模拟。我们的主要研究结果是，所有的Ca $_{0.5}$ Sr $_{0.5}$ TiO $_3$结构检查，除了一个是铁电的，表现出的极化范围从0.08 C/m $^2$的最低能量配置约0.26 C/m $^2$的较高能量配置。我们发现，具有较大的偏振态的配置有较低的c/a比。电池的净极化是由A位阳离子调节的Ti-O铁电位移的结果。
2010-07-23 cond-mat.mtrl-sci
A single-phase epitaxially grown ferroelectric perovskite nitride
本研究报道了单相铁电氮化物钙钛矿CeTaN3在氧化物和半导体上的外延生长，证实其极性对称与可翻转铁电畴，剩余极化约20 μC/cm²，为铁电氮化物器件应用奠定基础。
2025-04-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Polarization Saturation in Strained Ferroelectrics
使用密度泛函计算，我们研究的结构和极化响应的四钛酸铅，钛酸钡和钛酸锶在应变制度，以前被忽视。与通常的预期不同，我们发现所有三种物质的极化在大应变下饱和，这表明了一种普遍现象。饱和被证明是源于一个不寻常的和强大的电子-离子相关性，导致电子和离子极化之间的取消。我们的结果揭示了新的见解的极化特性，并揭示了存在一个基本的限制应变诱导极化增强。
2008-04-03 cond-mat.mtrl-sci
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。
2015-04-20 cond-mat.mtrl-sci
Strong enhancement of direct magnetoelectric effect in strained ferroelectric-ferromagnetic thin-film heterostructures
本文用非线性热力学理论描述了铁电薄膜在铁磁衬底上加磁场时，由于极化变化而产生的直接磁电效应。它示出的ME响应强烈地依赖于膜的初始应变状态。的ME极化系数的异质结构，包括Terfenol-D基板和压缩应变锆钛酸铅（PZT）薄膜，稳定在平面外的极化状态，被发现是可比的散装PZT/Terfenol-D层压复合材料。同时，ME电压系数达到50 V/（cm Oe）的巨大值，这大大超过了所观察到的块状复合材料的最大静态ME系数。这一显着的特点是解释了一个有利的组合相当大的应变敏感性的极化和低的电容率在压缩应变PZT薄膜。该理论还预测，在不同的铁电相之间的应变诱导的转变的ME系数进一步急剧增加。
2009-03-17 cond-mat.mtrl-sci
First-principles modeling of strain in perovskite ferroelectric thin films
我们回顾了第一性原理计算在理解衬底施加的失配应变对外延生长的钙钛矿铁电薄膜的影响中所起的作用。我们这样做，通过分析的情况下，钛酸钡$_3$，补充我们以前的出版物在这个问题上的未发表的数据，以帮助详细解释这些计算是如何完成的。我们还回顾了文献中其他钙钛矿铁电薄膜材料的类似研究。
2008-01-26 cond-mat.mtrl-sci
Synthesis of ferroelectric LaWN3 -- the first nitride perovskite
下一代电信技术将受益于与氮化物射频电子器件兼容的材料的强压电和铁电响应。具有钙钛矿结构的铁电氧化物已经在传感器和致动器中使用了半个世纪，并且卤化物钙钛矿在过去十年中改变了光致发光研究，但它们都不与氮化物半导体兼容。氮化物钙钛矿，尽管有许多计算预测，尚未实验证明，其性质仍然未知。在这里，我们报告的第一个氮化物钙钛矿：氮化钨镧（LaWN 3）的实验实现。无氧LaWN 3薄膜的极性钙钛矿结构的光谱，散射和显微镜技术确认。扫描探针测量证实了一个大的压电响应，并强烈建议铁电行为，使其成为第一个稳定的氮化物铁电化合物。这些结果将导致LaWN 3与氮化物半导体集成用于无线电信应用，同时能够合成许多其他预测的氮化物钙钛矿。
2020-01-02 cond-mat.mtrl-sci
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。
2019-03-13 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
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
Enhanced bifunctional oxygen catalysis in strained LaNiO3 perovskites
已知应变极大地影响贵金属膜上的低温氧电催化，导致燃料电池和金属-空气电池所必需的双功能活性的显著增强。然而，其对过渡金属氧化物薄膜如钙钛矿的催化作用尚未被广泛理解。在这里，我们外延应变导电钙钛矿LaNiO 3系统地确定其对氧还原和析氧反应的影响。独特的是，我们发现压缩应变可以显着增强这两个反应，产生一个双功能催化剂，超过贵金属，如铂的性能。我们将改进的双功能性归因于eg轨道的应变诱导分裂，这可以在表面定制轨道不对称性。类似于贵金属d带中心相对于费米能级的应变诱导位移，这种分裂可以显著影响这种钙钛矿和其他潜在的更活跃的氧化物的催化活性。
2016-02-11 cond-mat.mtrl-sci
Ferroelectric enhancement of superconductivity in compressively strained SrTiO$_3$ films
SrTiO $_3$是一种处于极性不稳定性边缘的初期铁电体，其在低温下通过量子涨落来避免。在这种不寻常的量子顺电相，超导性持续存在，尽管极其稀释的载流子密度。铁电涨落被怀疑通过促进电子配对在超导电性的起源中起作用。为了研究这种可能性，我们使用光学二次谐波产生来测量压应变SrTiO $_3$薄膜中的铁电序参量的掺杂和温度依赖性。在低温下，我们发现了一个自发的平面外的铁电极化与正常状态的电阻率异常的发病完全相关。这些异常以前已与掺杂SrTiO $_3$膜中的超导临界温度的增强相关联，直接连接铁电相和超导相。我们发展了一个长程平均场伊辛模型的铁电相变解释的数据，并提取系统中的相关能量尺度。我们的研究结果支持了长期怀疑SrTiO $_3$中铁电性和超导性之间的联系，但对铁电涨落所起的作用提出了质疑。
2019-09-10 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.supr-con
Coupled magnetic-ferroelectric metal-insulator transitions in epitaxially-strained SrCoO$_{3}$ from first principles
采用第一性原理计算了钙钛矿结构SrCoO $_{3}$的外延应变相图。通过结合大的自旋-声子耦合与极化-应变耦合和带隙耦合到极性畸变，拉伸和压缩外延应变被认为是驱动体铁磁-金属（FM-M）相反铁磁-绝缘-铁电（AFM-I-FE）相，后者具有异常低的弹性能。在这些耦合的磁性-铁电金属-绝缘体相边界处，预期对所施加的电场和磁场以及应力的交叉响应。特别地，施加到AFM相的磁场或压缩单轴应力可以诱导绝缘体-金属转变，并且施加到FM-M相的电场可以诱导金属-绝缘体转变。
2011-04-14 cond-mat.mtrl-sci
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。
2020-11-05 cond-mat.mtrl-sci
Why Are There So Few Perovskite Ferroelectrics?
我们使用的对称性参数和第一性原理计算的组合来探索钙钛矿系列材料的结构扭曲和铁电性之间的联系。我们解释了八面体旋转在抑制这些材料中的铁电性的作用，并表明，随着容差因子的降低，旋转本身不能完全抑制铁电性。我们的研究结果表明，这是阳离子位移（'隐藏'在格雷泽符号），伴随着旋转，而不是旋转本身，在这些情况下，在抑制铁电性发挥决定性作用。我们使用我们在这个问题的分析中获得的知识来解释铁电性的起源在$R3c$材料，如FeTiO $_3$和ZnSnO $_3$，并建议新的钙钛矿铁电体的设计和合成策略。我们的研究结果不仅对钙钛矿的基本晶体化学，而且对发现新的功能材料具有重要意义。
2013-07-30 cond-mat.mtrl-sci
Above Room Temperature Ferroelectricity in Epitaxially Strained KTaO3
Cornell University（康奈尔大学）；Pennsylvania State University（宾夕法尼亚州立大学）；Williams College（威廉姆斯学院）
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。
2026-01-22 cond-mat.mtrl-sci
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。
2013-11-10 cond-mat.mtrl-sci
Mapping the complex evolution of ferroelastic/ferroelectric domain patterns in epitaxially strained PbTiO3 heterostructures
该研究利用多种显微与衍射手段表征 PbTiO3/DyScO3 异质结构，揭示各向异性应变导致的不对称畴排列及其随膜厚由通量闭合相向 a/c 相和超畴的演化，并发现其偏离 Kittel 定律。
2024-01-29 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
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
Perspective on 2D perovskite ferroelectrics and multiferroics
本文综述无机二维钙钛矿铁电体与多铁体的进展，重点梳理非常规铁电性及新型磁电耦合机制，并指出面临的挑战与未来方向。
2024-12-05 cond-mat.mtrl-sci
Strained BiFeO$_{3}$ perovskite structure for enhanced photovoltaic effect
BiFeO $_{3}$是一种空间群为Pbnm的多铁性材料，在应变力作用下表现出磁序和电序耦合。对于空间群为R3 c的结构，采用$\&$来分析带隙Tauc图外推法。介电函数$\varepsilon(ω)$表明，在通过BiFeO $_{3}$跃迁时，光能显示出与折射率变化不一致的下降模式，折射率的变化范围为13至8、8至5、5至3、$\&$ 3至1（按光子能量）。此外，非交叉简并能级和杂化自旋轨道相互作用导致线性色散关系，这是典型的光子学性质，零DM相互作用。因此，BiFeO $_{3}$在应变力作用下可以表现出光子学性质。由于$Dzyaloshinskii$ - $Moriya(DM)$和自旋轨道耦合作用，一般应变结构具有增强的光伏效应，具有较小的光学带隙。
2021-03-03 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
Octahedral Rotation Induced, Antiferroelectric-like Double Hysteresis in Strained Perovskites
University of Minnesota（明尼苏达大学）
通过调节极化与旋转不稳定性，研究发现应变钙钛矿中出现类似反铁电的双滞后现象，扩展了材料搜索空间。
2024-11-25 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
Computational study of (111) epitaxially strained ferroelectric perovskites BaTiO3 and PbTiO3
用密度泛函理论计算了PbTiO 3和BaTiO 3在（111）外延应变下的相变行为。从+0.015的拉伸应变到-0.015的压缩应变，PbTiO 3经历了从C2到两个Cm再到R3 m的相变。总极化被认为是几乎独立的应变。对于相同的应变范围，BaTiO 3经历从单一Cm相，通过R3 m，然后到R-3 m的相变。在这种情况下，压缩应变的施加抑制并且然后完全抑制向非极性R-3 m相转变时的极化。
2008-08-18 cond-mat.mtrl-sci
Multiferroic Domain Dynamics in Strained Strontium Titanate
在钛酸锶中施加双轴应变可以诱导多铁性，导致铁电畴和反铁畸变畴共存。通过设计施加在晶格上的应变的大小和符号可以用于调节这两种现象之间的相变和相互作用。利用光学二次谐波产生，我们报告了从中心对称的4/mmm相的铁电毫米2的过渡，其次是反铁电畸变过渡到耦合铁弹-铁电毫米2相的钛酸锶薄膜在双轴拉伸应变0.94%。计算结果与理论第一性原理和相场预测相吻合。直接成像所产生的铁电相变域，并在电场下切换演示使用压电力显微镜。非线性光学结合相场模拟表明，占主导地位的多铁性畴反转机制是通过耦合的90度铁电-铁弹畴壁运动。更广泛地说，这些共存的铁电（极性）和反铁磁畸变旋转（轴向）现象的研究可能与共存的铁电（极性）和磁（轴向）现象的多铁性有关。
2006-09-22 cond-mat.mtrl-sci
Interfacial Magnetic Anisotropy of Iron-Adsorbed Ferroelectric Perovskites: First-Principles and Machine Learning Study
本研究结合第一性原理计算与机器学习，探究了吸附铁的铁电ABO3钙钛矿，揭示了铁磁各向异性能量与界面感应磁偶极矩的普遍相关性，为节能自旋电子器件的衬底选择与优化提供了稳健框架。
2025-08-11 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Temperature dependent ferroelectricity in strained KTaO3 with machine learned force field
University of Vienna（维也纳大学）；Shanghai University（上海大学）
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。
2025-10-30 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Free carrier induced ferroelectricity in layered perovskites
用载流子掺杂铁电体通常不利于极化。这使得设计和发现经历类似铁电转变的金属具有挑战性。在这封信中，我们从第一原理表明，钙钛矿中的氧八面体旋转通常通过电子掺杂来增强，这可以作为一种手段来加强某些混合不适当铁电体中的结构极化-其中极化不稳定的化合物的长程库仑相互作用，而是通过三线性耦合引起的八面体旋转。我们使用这种设计策略来预测阳离子有序Ruddlesden-Popper化合物，可以通过电解质门控驱动到金属铁电相。
2021-05-19 cond-mat.mtrl-sci
Goldstone-like phonon modes in a (111)-strained perovskite
Goldstone模是由自发对称性破缺产生的无质量粒子。虽然这种模式在基本粒子物理学以及超流氦、超导体和磁振子等凝聚态系统中都有发现，但结构性的戈德斯通模式却很罕见。薄膜中的外延应变可以诱导体中不可获得的结构和性质，并且已经针对（001）取向的钙钛矿氧化物进行了深入研究。本文用第一性原理计算预测了（111）应变SrMnO 3中的类Goldstone声子模。在压应变下，两个面内旋转不稳定性之间的耦合产生了Goldstone模式的墨西哥帽形能量表面特征。相反，大的拉伸应变诱导面内极性不稳定性，没有方向偏好，从而产生连续的极性基态。这种具有U（1）对称性的声子模可以模拟结构凝聚态的希格斯模。这种希格斯玻色子玻色子的质量，由墨西哥帽能量表面的形状决定，可以通过适当选择基底的应变来调整。
2017-08-11 cond-mat.mtrl-sci
Molecular Dynamics Study of Ferroelectric Perovskites based on Effective Hamiltonians: implementation of Nose-Hoover and Parinello-Rahman algorithms
分子动力学在第一原理导出的有效哈密顿量的框架中应用于铁电钙钛矿（Zhong，Vanderbilt，Rabe，Phys. Rev. Lett. { \bf 73}（1994），1861）。其自由度为局部模态和位移模态，它们服从牛顿运动方程。实现了Nose-Hoover方法，以及Parinello-Rahman方案来执行固定温度和固定应力张量模拟。这允许研究铁电钙钛矿的热力学，并成功地再现作为例子的BaTiO $_3$的相变，极化和均匀应变随温度的演变的Monte Carlo结果。
2009-01-22 cond-mat.mtrl-sci
Theory of nonlinear terahertz susceptibility in ferroelectrics
University of Wisconsin-Madison（威斯康星大学麦迪逊分校）；The Pennsylvania State University（宾夕法尼亚州立大学）；Lawrence Livermore National Laboratory（劳伦斯利弗莫尔国家实验室）
本文基于Landau-Ginzburg-Devonshire理论框架，采用微扰方法推导出铁电体中离子极化的完整二阶非线性极化率张量，预测了BaTiO3和SrTiO3薄膜中增强的二阶介电极化率与低介电损耗共存，为太赫兹波与铁电材料非线性相互作用及应变工程提供了理论框架。
2024-08-05 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
The polarizability model for ferroelectricity in perovskite oxides
本文综述了极化率模型及其在铁电钙钛矿氧化物中的应用。引入该模型的动机进行了讨论和非线性氧离子极化率的影响和他们的晶格动力学实现概述。虽然这项工作的很大一部分是专门的自洽声子近似（SPA）内获得的结果，也非线性解决方案的模型进行处理，这是感兴趣的物理弛豫铁电体，畴壁运动，无公度相变。主要的重点是比较模型的结果与实验数据和预测新的现象。
2012-05-24 cond-mat.mtrl-sci
Role of ferroelectric polarization during growth of highly strained ferroelectrics revealed by in-situ x-ray diffraction
钙钛矿氧化物薄膜的应变工程已被证明是增强和诱导铁电行为的非常强大的方法。在铁电薄膜和超晶格中，极化与晶体结构有着错综复杂的联系，但我们在这里表明，它也可以在生长过程中发挥重要作用，影响生长速率，弛豫机制，电性能和畴结构。我们已经详细研究了这种效果，通过专注于非常薄的PbTiO $_{3}$层上生长的BaTiO $_{3}$薄膜的性能，使用组合的X射线衍射，压力显微镜，电特性和快速原位X射线衍射倒易空间图在生长过程中使用同步辐射。使用一个简单的模型，我们表明，在增长的变化是由顶部材料的能量成本驱动，以维持由下层施加在它上面的极化，这些影响可能会发生在其他多层系统中，极化是在生长过程中存在。我们的研究激发了生长过程中极化工程的概念，作为应变工程的一种新的补充方法。
2019-09-26 cond-mat.mtrl-sci
Molecular engineering of metal-free perovskite MDABCO-NH4I3 towards enhanced ferroelectric polarization
分子铁电体由于具有机械柔性、化学多样性、环境友好性、易加工性和重量轻等优点，在过去的十年中引起了人们越来越多的关注。分子铁电体的性能越来越接近无机铁电体。尽管分子阳离子或阴离子的化学多样性和可调谐性，分子铁电体并不丰富。特别是，新的发现或性能优化的物理指导的设计原则仍然缺乏。本文通过第一性原理计算，揭示了极性阳离子的分子偶极矩在分子钙钛矿铁电体中的重要性，并提出了一种分子偶极矩指导的高性能分子铁电体设计准则。最后，通过第一性原理计算验证了该规则的正确性。这一规律对于寻找新型高性能的分子铁电材料具有重要的指导意义。
2022-06-22 cond-mat.mtrl-sci
Intriguing Magnetoelectric Effect in Two-dimensional Ferromagnetic/Perovskite Oxide Ferroelectric Heterostructure
二维磁体在自旋电子学中有着广阔的应用前景，但如何在小电场下对其进行有效控制仍是一个难题。在这里，我们提出，二维磁体可以有效地控制在由二维磁性材料和钙钛矿氧化物铁电体（POF）组成的多铁性异质结构中，其电介质的极化在小电场下容易翻转。我们用第一性原理计算说明了这种方法在CrI 3/BiFeO 3（001）双层异质结中的可行性。与传统的POF多铁性异质结构具有较强的界面相互作用不同，我们发现CrI 3与BiFeO 3（001）之间的界面相互作用是范德华型的。然而，异质结构具有特别强的磁电耦合，其中双层CrI 3可以通过BiFeO 3（001）的极化状态在铁磁和反铁磁类型之间有效地切换。我们还发现电子掺杂和外加电场对CrI 3的层间交换耦合相互作用的竞争效应，这是导致磁性相变的原因。我们的研究结果提供了一个新的途径，二维磁铁与小电场的调谐。
2022-01-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
A textured polar phase in strained SrTiO3
Stanford Institute for Materials and Energy Sciences, SLAC National Accelerator Laboratory（斯坦福材料能源科学研究所，SLAC国家加速器实验室）；Stanford PULSE Institute, SLAC National Accelerator Laboratory（斯坦福PULSE研究所，SLAC国家加速器实验室）；Department of Chemistry, Massachusetts Institute of Technology（麻省理工学院化学系）；Elettra-Sincrotrone（埃莱特拉同步辐射中心）；Paul Scherrer Institut（保罗谢尔研究所）
通过结合单轴应变、单次太赫兹激发和飞秒X射线散射，研究了SrTiO3的极集体模式，发现其在有限波矢处出现新的振动模式，揭示了其极性纹理相而非均匀铁电相，解决了该领域长期存在的谜题。
2026-05-21 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Mechanisms for collective inversion-symmetry breaking in dabconium perovskite ferroelectrics
Dabconium混合钙钛矿包括许多最近发现的具有大的自发极化的铁电相。铁电响应的起源已合理化的一般条款的背景下，氢键，共价键，应变耦合。在这里，我们使用简单的理论，蒙特卡罗模拟和密度泛函理论计算的组合来评估这些微观成分的能力-连同始终存在的通过空间偶极耦合-来解释这些特定系统中出现的极化，而不是在其他混合钙钛矿。我们的关键结果是，A-网站的极性，沿$\langle111\rangle$方向的择优取向，和铁弹性应变耦合的组合驱动器精确的铁电体实验观察到的转变。我们合理化的极化在许多混合钙钛矿的情况下，并得出一套设计规则，用于生成FE的例子超出了dabconium家庭。
2020-06-09 cond-mat.mtrl-sci
A rhombohedral ferroelectric phase in epitaxially-strained Hf0.5Zr0.5O2 thin films
经过几十年的研究，可以集成到下一代存储器和逻辑器件的鲁棒纳米级铁电性，基于氧化物的薄膜已经成为最终的候选者，因为它们的铁电（FE）极化随着尺寸的减小而变得更加鲁棒。这揭示了一种新的铁电性，其机制仍然需要理解。为此，需要具有提高的晶体质量的薄膜。本文报道了在（001）取向的La0.7Sr0.3MnO3/SrTiO 3（STO）衬底上外延生长Hf0.5Zr0.5O2（HZO）薄膜。在外延压缩应变下的薄膜主要是（111）取向的，显示出高达34 μC/cm 2的大FE极化值，并且不需要唤醒循环。结构表征揭示了菱形相，不同于通常报道的极性正交相。这一意外的发现使我们能够提出一个令人信服的模型形成的FE相。此外，这些结果指向简单氧化物的纳米颗粒作为一个巨大的未开发的类别的纳米级铁电体。
2018-01-26 cond-mat.mtrl-sci
Ab initio investigation of competing instabilities in ferroelectric perovskite PbTiO3
我们已经开发了第一性原理模型，基于一般参数化的全势能面，研究钙钛矿氧化物的晶格动力学性质。我们讨论了我们的方法的原型铁电PbTiO 3的应用程序，显示其性能的结构不稳定性之间的竞争，极大地影响。事实上，我们确认以前的迹象表明，铁电和antiferrodistortive（涉及旋转的O6八面体）软模式之间的破坏性相互作用的PbTiO 3的居里温度移动了数百度。我们的理论提供了独特的见解，这个巨大的影响和它的动力学特征。
2012-04-16 cond-mat.mtrl-sci
Machine-learning interatomic potential for molecular dynamics simulation of ferroelectric KNbO3 perovskite
铁电钙钛矿材料在压电器件中的应用已经有几十年的历史，其中，环境友好的无铅（K，Na）NbO3基材料最近被证明是可持续发展的优秀候选材料。分子动力学是研究铁电钙钛矿材料动力学性质的一种通用的理论计算方法。然而，由于传统的原子间相互作用势的构造是相当困难和低效的，因此铁电钙钛矿的分子动力学模拟一直局限于简单的系统。在本研究中，我们通过使用深度神经网络模型构建了KNbO3（作为（K，Na）NbO3的代表系统）的机器学习原子间相互作用势。将第一性原理计算数据加入到训练数据集中，保证了原子间相互作用势的量子力学精度。基于机器学习的原子间相互作用势的分子动力学与第一性原理计算表现出良好的一致性，可以准确地预测多个基本性质，原子力、能量、弹性性质和声子色散。此外，原子间作用势在模拟畴壁和温度相关的相变方面表现出令人满意的性能。基于机器学习的原子间相互作用势的构造方法有可能应用到其他钙钛矿结构的铁电材料中，从而有利于铁电材料的理论研究。
2022-03-02 cond-mat.mtrl-sci
Theory of Polar Skyrmions in Layered Structure of Ferroelectric Perovskites
Indian Institute of Technology, Kharagpur（印度理工学院哈格普尔分校）
本文通过建立电极化与应变耦合的欧拉方程，求解出在(PbTiO3)n/(SrTiO3)n超晶格中每层具有独特拓扑数的斯格明子解，解释了无已知相互作用下极性斯格明子的形成机制，并揭示了斯格明子类型随层位置从Neel型到Bloch型的变化。
2024-09-24 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Defect thermodynamics and kinetics in thin strained ferroelectric films: the interplay of possible mechanisms
本文从理论上描述了失配应变对应变铁电薄膜中移动缺陷动力学的影响。自洽的解决方案，通过耦合的泊松方程的电势与连续性方程的移动施主和电子浓度和时间依赖的Landau-Ginzburg-Devonshire方程显示，Vegard机制（化学压力）导致带电和电中性缺陷的重新分布，以减少在薄膜中的有效应力。内部电场，内置和去极化的，导致屏蔽空间电荷（带电缺陷和电子）附近的膜界面的强烈积累。重要的是，相应的屏蔽长度由失配应变和Vegard系数决定。移动缺陷动力学，极化和电流反转的动力学定义的施主，电子和声子的弛豫时间，失配应变，有限尺寸效应和Vegard应力之间的复杂的相互作用。
2013-11-13 cond-mat.mtrl-sci
