Polar distortions in hydrogen bonded organic ferroelectrics
虽然含有氢键的铁电化合物是最早被发现的，但有机铁电体相对较少。在室温下在克糖酸中高极化的发现[Nature \textbf{463}，789（2010）]引起了对有机铁电体的新兴趣。对两种铁电有机分子晶体1-环丁烯-1，2-二甲酸（CBDC）和2-苯基丙二醛（PhMDA）进行了从头算研究。通过使用畸变模式分析，我们揭示了有助于极化的微观机制，我们发现CBDC和PhMDA的$μ$ C/cm $^{2}$分别为14.3和7.0。这些结果表明，它可能是富有成效的搜索中已知的，但表征不佳的有机化合物的有机铁电体与增强的极性适合于器件应用。
2011-05-04 cond-mat.mtrl-sci
Coexistence of antiferrodistortive and ferroelectric distortions at the PbTiO$_3$ (001) surface
通过顺电（非极性）和铁电（[001]极化）薄膜的第一性原理计算，研究了（001）PbTiO $_3$表面的c（2 $\times$ 2）重构。近表面区域的原子位移的分析显示了表面如何修改反铁电畸变（AFD）不稳定性及其与铁电（FE）畸变的相互作用。表面的效果被发现是终止依赖。的AFD不稳定性被抑制在TiO $_2$终止，而它是强烈增强，相对于散装，在PbO终止导致的c（2 × 2）的表面重建，这是在极好的协议与实验。我们发现，相反，散装PbTiO $_3$，在PbO终端的面内铁电性不抑制AFD不稳定性。相反，AFD和面内FE失真在PbO终端处同时增强。这导致了一种新的表面相共存的FE和AFD的扭曲，这是没有发现在PbTiO $_3$散装。
2004-10-14 cond-mat.mtrl-sci
Evidence of decoupled lattice distortion and ferroelectric polarization in the relaxor system PMN-xPT
我们报道了含$x=20%$和27%的PMN-$x$ PT单晶的高$q$分辨中子散射数据. 20 PT样品在50 K以下的温度下没有出现菱面体畸变。另一方面，27 PT样品在T $_C \sim 375$ K以下转变为菱面体相。我们的数据提供了确凿的证据表明，一个新的阶段，平均立方晶格是存在于该弛豫系统在低PT浓度，其中铁电极化和晶格畸变解耦的大部分。菱面体畸变仅限于晶体的最外几十微米。
2003-09-02 cond-mat.mtrl-sci
Critical enhancement of thermopower in a chemically tuned polar semimetal MoTe$_{\bf 2}$
具有自发电极化的强度的铁电体在当今的器件工程中发挥着重要作用，例如电容器和存储器。它们的物理性质通过抑制长程极性顺序而进一步丰富，例如在低温下具有巨大压电和介电响应的量子顺电体。同样，在金属中，理论上预测极性晶格畸变会产生各种不寻常的物理性质。然而，到目前为止，在金属中的“铁电”样的转变很少被控制，因此它对传输现象的可能影响仍然未被探索。本文报道了在1 T '-Mo $_{1-x}$ Nb $_{x}$ Te $_2$中发现的极性可调的金属相和非极性金属相之间临界区附近的热电势异常增强现象。第一性原理计算和磁输运测量结果表明，电荷输运过程中散射率与能量密切相关，临界地向非极性相的边界演化，导致低温热电势很大.这种结构不稳定性对输运现象的显著影响可能来自波动或异质极性金属态，这将为提高热电效率铺平一条新的途径。
2017-03-12 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Thermopower analysis of metal-insulator transition temperature modulations in vanadium dioxide thin films with lattice distortion
采用热电势法研究了晶格畸变可控的二氧化钒（VO 2）薄膜的绝缘体-金属（MI）相变。在（0001）a-Al_2 O_3、（11-20）a-Al_2 O_3和（001）TiO_2衬底上生长的具有不同晶体取向的VO_2外延膜显示出Seebeck系数（S）的绝对值从~200 μ V K-1显著降低到23 μ V K-1，同时由于从绝缘体到金属的转变，电阻率（ρ）急剧下降。在rho（Trho）和S（TS）的VO 2薄膜中观察到的MI转变温度系统地降低，在伪金红石结构沿c轴的晶格收缩，伴随着MI转变温度宽度的扩大。此外，绝缘相开始变成金属的起始TS远低于起始Trho。这种差异是由于S的灵敏度检测隐藏的金属域在大多数绝缘相，这不能检测到的ρ测量。因此，S-测量提供了一个简单的和优秀的方法，更深入地了解在VO 2的MI过渡过程。
2015-07-10 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Possible Coexistence of Rotational and Ferroelectric Lattice Distortions in Rhombohedral PZT
采用第一性原理密度泛函超原胞方法研究了菱面体PZT在x = 0.5附近铁电不稳定性和转动不稳定性之间的竞争。正如所料，我们发现了一个强大的铁电不稳定性。然而，我们也发现了大量的R点旋转不稳定性，接近但不深的铁电。这与纯PbZrO_3的情况相似。这两个不稳定性都是强烈的压力依赖，但在相反的方向，使晶格压缩小于1%是足以改变它们的顺序。正因为如此，由于B位阳离子无序的局部应力场可能导致两种类型的不稳定性共存，这可能存在于合金中的准同型相界附近。
2000-12-07 cond-mat.mtrl-sci
Spectroscopic mapping of local structural distortions in ferroelectric PbTiO3/SrTiO3 superlattices at the unit-cell scale
利用高空间和能量分辨率的电子能量损失谱结合大角度环形暗场成像研究了多畴PbTiO 3/SrTiO 3超晶格的局域结构畸变。通过对Ti-L2，3和O-K边缘附近结构的能量损失分析，用晶胞分辨率确定了界面上的局部结构变化。从头算和多重态计算的Ti-L2，3边缘提供明确的证据与观察到的结构扭曲的超晶格的非均匀的极化曲线。
2011-12-21 cond-mat.mtrl-sci
Enhance Ferroelectric Structural Distortion via Doping Ca in Epitaxial h-Lu1-xCaxMnO3 Thin Films
该研究在蓝宝石上利用 h-ScFeO3 缓冲层制备 Ca 掺杂 h-LuMnO3 外延薄膜，发现 x≥0.2 可消除界面钳制并增强铁电几何畸变。
2024-08-06 cond-mat.mtrl-sci
Dynamic Local Distortions in Ferroelectrics
KNbO $_3$的分子动力学模拟揭示了预制的动态链状结构，即使在顺电相，这是与软化的声子分支在大区域的布里渊区。铁电跃迁的相序被正确地再现，表明在模拟中使用的第一原理有效哈密顿量捕获了驱动跃迁的微观波动的基本行为。实空间链为理解这些相变的位移和有序-无序特性提供了一个框架。
1997-10-09 cond-mat.mtrl-sci
Coupling between ferroelectric distortions and excitonic properties in PbTiO$_3$
研究通过结合G_0W_0和Bethe-Salpeter方程计算，揭示了PbTiO$_3$中铁电畸变对激子性质和光学吸收光谱的影响。
2025-12-01 cond-mat.mtrl-sci
Persisting of Polar Distortion with Electron Doping in Lone-Pair Driven Ferroelectrics
在某些铁电材料中，自由电子可以屏蔽长程库仑相互作用，破坏铁电材料的极性畸变，而在一些非中心对称金属中，极性畸变与金属性共存。因此，NCSM的机制和设计引起了人们的极大兴趣。本文通过第一性原理计算发现，孤对驱动铁电材料PbTiO $_3$中的极性畸变不仅可以持续存在，而且随着电子掺杂的增加而增加。我们进一步分析了极性畸变持续存在的机制。我们发现，Ti位极性不稳定性被抑制，但Pb位极性不稳定性是完整的电子掺杂。Pb位的不稳定性是由于孤对机制，它可以被看作是一个伪Jahn-Teller效应，基态和激发态的离子位移从中心对称位置的混合。孤对机制不受电子掺杂的强烈影响，因为所涉及的基态或激发态都不在费米能级。极性畸变的增强与掺杂增大了Ti离子的尺寸有关。这些结果表明孤对立体活性离子可以用于NCSM的设计。
2016-10-10 cond-mat.mtrl-sci
Ab initio Study of Valley Line on a Total-Energy Surface for Zone-Center Distortions of Ferroelectric Perovskite Oxides BaTiO3 and PbTiO3
采用从头算结构优化技术确定了钙钛矿型铁电氧化物带心畸变的总能量面谷线，并应用于钛酸钡BaTiO 3和钛酸铅PbTiO 3.所提出的技术是对King-Smith和Vanderbilt的方案[Phys.Rev.B49，p.5828（1994）]的改进，该方案将总能量作为原子位移幅度的函数进行评估。数值计算结果表明，总能量可以表示为一个四阶函数的原子位移振幅在BaTiO 3，但不是在PbTiO 3。
2004-03-24 cond-mat.mtrl-sci
Interplay between ferroelectricity and metallicity in hexagonal YMnO$_3$
本研究利用第一性原理密度泛函理论，揭示了多铁六方 h-YMnO$_3$ 中空穴与电子掺杂对极性畸变呈相反线性影响，并阐明了其非本征几何铁电性本质及原子替代的局部化学效应。
2024-06-03 cond-mat.mtrl-sci
Neutron Scattering Studies of the Ferroelectric Distortion and Spin Dynamics in the Type-1 Multiferroic Perovskite Sr0.56Ba0.44MnO3
利用中子和X射线散射研究了多铁性Sr0.56Ba0.44MnO3的磁序、自旋动力学和晶体结构。铁电性发展在TC=305 K与4.2 microC/cm 2的Mn离子的位移相关的极化，而Mn 4+自旋顺序低于TN = 200 K成一个简单的G型相称的磁结构。在TN以下，铁电有序度急剧下降，表明两个序参量是强耦合的。基态自旋动力学的特征是自旋能隙为4.6（5）meV，磁振子态密度峰值为43 meV。详细的自旋波模拟与间隙和各向同性交换的J=4.8（2）meV的激发谱很好地描述。在TN以上，强自旋相关与强铁电有序共存。
2014-10-03 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
Unusual Ferroelectricity Induced by the Jahn-Teller Effect: A Case Study on Lacunar Spinel Compounds
Jahn-Teller效应是指由于简并电子态的存在而导致晶体（或非线性分子）中的几何畸变降低。通常，Jahn-Teller失真不是极性的。最近，人们发现具有尖晶石结构的GaV_4S_8在TJT = 38 K时发生了从立方结构到铁电菱面体结构的Jahn-Teller畸变。在这项工作中，我们进行了一个一般的群论分析，以显示如何以及何时的Jahn-Teller效应引起铁电性。在此基础上，我们发现GaV_4S_8铁电体的Jahn-Teller畸变是由于母相的非中心对称性和与两个低能T_2声子模有关的强电子-声子相互作用引起的。有趣的是，GaV_4S_8不仅是铁电的，而且是铁磁的，其易磁化轴沿着铁电方向。这表明GaV_4S_8是一种多铁性材料，其中外部电场可以控制其磁化方向。我们的研究不仅解释了GaV 4S 8中的Jahn-Teller物理，而且为寻找和设计新的铁电和多铁性材料开辟了一条新的途径。
2015-09-14 cond-mat.mtrl-sci
Coexistence of polar distortion and metallicity in PbTi1-xNbxO3
铁电性与金属性不能共存，因为自由载流子会屏蔽偶极子内部的库仑相互作用。最近，一种被称为铁电金属的材料被重新审视。在这里，我们报告的金属性和极性失真共存的铁电金属PbTi 1-xNbxO 3通过掺杂工程的新候选人。通过压电响应力显微镜和扫描透射电子显微镜的测量，证实了在所有掺杂的PbTi_（1-x）Nb_xO_3（x从0.04到0.12）中的类铁电极性畸变。PbTi_（1-x）Nb_xO_3薄膜的导电性随掺杂浓度的增加而增强，当掺杂浓度达到0.12时，薄膜呈现金属化行为。我们的第一性原理计算进一步揭示了掺杂的Nb离子在薄膜中只能提供自由电子，但由于对Ti离子的偏心影响很小，即使在最大掺杂浓度为0.12时，也不能破坏单元电池中的偶极子。我们认为，这些结果证实了实现其他铁电体金属性和极性畸变共存的可行性，并激发了一些人工设计的性质甚至在自然界中不相容的新材料的合成。
2017-06-15 cond-mat.mtrl-sci
First Principles Study of Structural, Electronic and Magnetic Interplay in Ferroelectromagnetic Yttrium Manganite
我们提出的铁磁体，钇锰氧化物（YMnO 3）的局域自旋密度近似赝势计算的结果。铁电性和非铁电性钙钛矿锰氧化物之间的差异的根源是通过比较计算的钇锰氧化物在其铁电性六方相和非铁电性正交相的性质。此外，正交YMnO 3与原型非铁电锰氧化物，镧锰氧化物进行了比较。我们发现，虽然八面体晶体场分裂的立方钙钛矿结构的Mn 3+离子周围的中心对称的Jahn-Teller失真，显着不同的分裂在六方钙钛矿创建一个电子配置与铁电失真一致。我们解释了扭曲的本质，并表明Mn 3+离子上的局部磁矩是扭曲发生的必要条件。
2001-12-03 cond-mat.mtrl-sci
Persistence of structural distortion and bulk band Rashba splitting in SnTe above its ferroelectric critical temperature
本文通过ARPES研究α-SnTe体态Rashba分裂随温度变化，发现其持续至室温，表明铁电转变存在有序-无序贡献，并否定其(111)表面存在拓扑表面态。
2023-08-31 cond-mat.mtrl-sci
Two-dimensional metallic ferroelectricity in PbTe monolayer by electrostatic doping
极性金属的铁电畸变和金属性同时并存的特点引起了人们的极大关注。在低维度下开发这样的材料仍然具有挑战性，因为传导电子和减小的维度都应该淬灭铁电性。在这里，基于第一性原理计算，我们报告的铁电行为的发现，在二维（2D）金属材料与静电掺杂，即使铁电性是非常规的原子尺度。我们发现PbTe单层膜是一种本征铁电体，其非中心对称的屈曲结构导致了明显的面外电极化的强度。在铁电单层中掺杂载流子可以保持铁电畸变，从而使掺杂的PbTe单层能够充当2D极性金属。从参数化的能量空间中提取有效哈密顿量，我们发现弹性-极性模相互作用对掺杂系统中存在鲁棒极性不稳定性具有重要意义.这种掺杂策略的应用并不局限于本晶体，而是相当普遍地应用于其他二维铁电体，以带来迷人的金属铁电性能。这一发现改变了人们对二维材料的传统认识，将有助于低维多功能材料的发展。
2020-03-21 cond-mat.mtrl-sci
Finite-size effects in BaTiO3 nanowires
从第一性原理出发，研究了BaTiO $_3$纳米线铁电性质的尺寸依赖性。我们发现，铁电体沿线轴的扭曲消失低于约1.2 nm的临界直径。这种消失是有关的一个全球性的收缩所造成的低原子协调在电线表面的单位细胞。结果表明，在适当的拉伸应变条件下，铁电畸变可以恢复。
2006-01-27 cond-mat.mtrl-sci
Ultrastrong coupling between polar distortion and optical properties in ferroelectric MoBr$_2$O$_2$
本文通过第一性原理计算发现层状混合阴离子化合物MoBr$_2$O$_2$具有电场可切换的自发极化及极性畸变与电子结构、光学性质间的超强耦合，为多种可调光学效应和巨大光致伸缩效应提供了材料基础。
2024-02-25 cond-mat.mtrl-sci
Lone-Pair Stereochemistry Induces Ferroelectric Distortion and the Rashba Effect in Inorganic Halide Perovskites
本研究利用第一性原理计算预测了CsSnI3等无机卤化物钙钛矿中由锡孤对立体化学表达驱动的稳定铁电极性相，发现其具有Rashba效应和明亮基态激子潜力，并探讨了实验实现路径。
2023-08-04 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Origin and evolution of ferroelectricity in the layered rare-earth-titanate, $R_2$Ti$_2$O$_{7}$, Lichtenberg phases
我们报告了一个系统的第一性原理研究的基础上的密度泛函理论（DFT）的结构和铁电性能的$R_2$ Ti $_2$ O $_{7}$钙钛矿相关的氧化物与$R=$ La，Ce，Pr和Nd。我们发现，在所有情况下，铁电体扭曲的基态极性$P2_1$结构从其母中心对称的$P2_1/m$阶段是由一个单一的极性软模式组成的旋转和倾斜的TiO $_6$八面体结合的$R$离子的位移驱动。二次中心对称畸变，这是稳定的母体结构，大大有助于降低基态的能量。我们评估了整个系列的结构和极化的趋势作为PDMATHAMT的函数，并调和了文献中报道的极化值的差异。我们的结果证实了$R_2$ Ti $_2$ O $_{7}$材料家族属于适当几何铁电体类。
2019-03-28 cond-mat.mtrl-sci
Terahertz Control of Optical Second-Harmonic Generation in Displacive Ferroelectrics: Electronic Bloch-State Reconstruction
School of Information Science and Technology, University of Science and Technology of China（中国科学技术大学信息科学与技术学院）；Guilin Julian Technology Co., Ltd.（桂林朱利安科技有限公司）；School of Electronic Engineering and Automation, Guilin University of Electronic Technology（桂林电子科技大学电子工程与自动化学院）；School of Chemistry and Chemical Engineering, Shaanxi University of Science and Technology（陕西科技大学化学与化工学院）；Laboratory of Quantum Information, University of Science and Technology of China（中国科学技术大学量子信息实验室）
本研究建立位移型铁电体中太赫兹调控光二次谐波产生的微观理论，揭示太赫兹驱动晶格畸变重构电子态以调制二次谐波响应的机制，为非平衡晶格动力学与超快非线性光学搭建微观桥梁。
2026-09-01 cond-mat.mtrl-sci
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。
2016-06-16 cond-mat.mtrl-sci
First-principles accurate total-energy surfaces for polar structural distortions of BaTiO3, PbTiO3, and SrTiO3: consequences to structural transition temperatures
在基于第一性原理密度泛函理论的计算中，交换相关能泛函的具体形式，例如局域密度近似（LDA）和广义梯度近似（GGA），产生具有-2%和2%的典型误差的结构晶格参数。由于铁电相变的序参量--结构与极化之间的强耦合，导致对铁电相变温度特性的估计存在较大误差。在这里，我们采用了最近开发的GGA功能的吴和科恩[物理评论B 73，235116（2006）]和确定总能量表面的带中心扭曲的钛酸钡，钛酸铅，钛酸锶，并将它们与计算的基础上标准LDA和GGA。说明吴和科恩功能允许更好地估计在0 K的结构特性，我们确定了一组新的参数定义的有效哈密顿BaTiO 3的铁电转变。使用新的一组参数，我们进行分子动力学（MD）模拟下的有效压力p=0.0 GPa，p=-2.0 GPa，和p=-0.005T GPa。在p=-0.005TGPa下的模拟表明，铁电四元相的立方相到四方相的转变温度和c/a参数有明显的改善，而在较低温度下向正交相和菱形相转变的描述略有改善。我们的研究结果预示着很好的使用Wu-Cohen功能在纳米尺度的铁电体的研究，特别是在外延膜的形式，其中的性能取决于至关重要的晶格失配。
2010-09-15 cond-mat.mtrl-sci
Ferroelectrically induced weak-ferromagnetism in a single-phase multiferroic by design
我们提出了一种策略，设计结构的极性晶格畸变诱导弱铁磁性。我们确定了一个大类的多铁性氧化物作为潜在的实现，并使用密度泛函理论筛选几个有前途的候选人。通过阐明极化和Dzyaloshinskiii-Moriya矢量之间的相互作用，我们展示了磁化方向如何可以在180个$^{\circ}$对称等效状态与施加的电场之间切换。
2007-12-18 cond-mat.mtrl-sci
Configuration dependence of physical properties of a ferroelectric solid solution
在这篇文章中，我们激励的铁电固溶体的各个配置的物理性质的详细比较，作为一种手段，对这些系统的第一性原理模型的发展。我们比较了几种有序Pb_3GeTe_4超晶胞的能量、介电常数ε_infinity、局域极化畸变的模式有效电荷以及零温压电行为。这些性质的簇展开显示了第二近邻效应的重要性，这可能与保序弛豫及其对对称性破缺极不稳定性的影响有关。
1998-04-08 cond-mat.mtrl-sci
Spin Hall effect in prototype Rashba ferroelectrics GeTe and SnTe
铁电Rashba半导体（FERSC）是近年来新兴的一类自旋电子学材料。自旋和极性自由度之间的特殊耦合导致了一些特殊的性质，包括Rashba自旋织构的铁电切换，这表明电子的自旋可以仅通过使用电场来控制。在这方面，最近的实验研究揭示了两个原型的FERSC，碲化锗和碲化锡的电荷到自旋的相互转换现象，出现非常相关。在这里，我们采用密度泛函理论计算，研究自旋霍尔效应（SHE）在这些材料中，并表明它可以是大的铁电或顺电结构。我们进一步探讨了在半导体中实际实现SHE所需的掺杂与确定FERSC中Rashba相关现象的极性畸变之间的兼容性，但自由载流子可以抑制这种兼容性。基于对这些材料中驱动铁电性的孤对电子的分析，我们发现GeTe中的极性位移可以持续到超过$\sim 10^{21}$ /cm $^{3}$的临界空穴浓度，而SnTe中的微小畸变在最小掺杂水平下消失。最后，我们估计了掺杂结构的自旋霍尔角，并证明了自旋霍尔效应确实可以在极性相中实现。我们相信，自旋霍尔效应、Rashba自旋织构和铁电性共存于一种材料的证实，将有助于设计新型的无磁场工作的多功能自旋电子学器件。
2019-07-09 cond-mat.mtrl-sci
Magnetostriction and ferroelectric state in AgCrS$_2$
在GGA+U近似下的能带结构计算表明，在磁有序相AgCrS $_2$中存在额外的晶格畸变。磁致伸缩导致形成的长和短的Cr-Cr键的情况下，当各个Cr离子具有相同或相反的自旋投影。Cr晶格的这些变化伴随着CrS $_6$八面体的扭曲，这又导致自发电极化的强度的发展。
2014-11-27 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
High-throughput first principles search for new ferroelectrics
我们使用对称性分析和高通量的密度泛函理论计算相结合，寻找新的铁电材料。我们使用两种搜索策略来识别候选材料。在第一个策略中，我们从非极性材料开始，寻找未识别的能量降低极性失真。在第二种策略中，我们考虑极性材料并寻找相关的更高对称性结构。在这两种情况下，如果我们发现具有正确对称性的新结构，并且在能量上也接近实验已知的结构，那么该材料很可能在外部电场中是可切换的，使其成为候选铁电体。我们发现了16种候选材料，具有典型铁电体中罕见的各种性质，包括大极化，超铁电性，反铁电性和多铁性。
2016-10-13 cond-mat.mtrl-sci
High-Tc BaTiO3 ferroelectric films with frozen negative pressure states
我们报告说，一个充满活力的等离子体过程是非常有效的，在扩大的单位晶胞体积和铁电畸变的铁电氧化物，导致其Tc显着增加。我们的实验表明，c轴取向的钛酸钡薄膜可以直接沉积在石英玻璃和Si基板上使用这样的过程，该材料显示出约5%的膨胀，其晶胞体积和约4倍的铁电体的四方形失真的散装晶体。这种冻结的负压导致比块状单晶高约580 K的Tc值，从而为器件提供宽范围的操作温度。目前的研究结果表明，生产铁电氧化物具有独特的性能，可能会扩展到铁磁或超导体氧化物的方法，并展示了一个无铅铁电氧化物的电容，铁电存储器，和电光器件的路线。
2011-02-22 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Electron ptychography reveals a ferroelectricity dominated by anion displacements
本研究利用多层切片电子叠层成像技术，发现无铅铁性材料铌酸钠的铁电性由阴离子相对于铌亚晶格的位移主导，突破传统电子显微镜局限，实现皮米精度结构表征并确定了界面工程的薄膜厚度范围。
2025-01-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
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。
2021-03-23 cond-mat.mtrl-sci
`Ferroelectric' Metals Reexamined: Fundamental Mechanisms and Design Considerations for New Materials
最近在金属LiOsO $_3$中观察到的类铁电结构转变引起了人们对极性金属性质的兴趣。这种材料被认为是罕见的，因为自由电子屏蔽了长程静电力，而长程静电力有利于每个单元格中具有偶极矩的极性结构。在这项工作中，我们的问题是否长期的静电力始终是最重要的成分，在驱动极性失真。我们使用晶体化学模型，结合第一性原理密度泛函理论计算，探讨了LiOsO $_3$和绝缘和电子掺杂的ATIO $_3$钙钛矿（A = Ba，Sr，Ca）的反转对称性破缺机制.虽然静电力在驱动BaTiO $_3$的极性不稳定性（其在电子掺杂下被抑制）中确实起重要作用，但CaTiO $_3$和LiOsO $_3$的极性相通过由局部键合偏好驱动的机制出现，并且该机制对载流子的存在具有“抗性”。因此，我们的研究结果表明，金属丰度和极性扭曲之间没有根本的不相容性。我们使用从我们的计算中获得的见解，建议新的极性金属的设计原则和有前途的进一步研究的途径。
2015-11-24 cond-mat.mtrl-sci
Theory of PbTiO3, BaTiO3, and SrTiO3 Surfaces
第一性原理的总能量计算进行了立方钙钛矿ATiO 3化合物PbTiO 3，BaTiO 3，SrTiO 3的（001）表面。AO-终止和TiO 2-终止的表面被认为是，并确定完全放松的原子配置。一般来说，BaTiO 3和SrTiO 3被发现具有相当相似的行为，而PbTiO 3在许多方面是不同的，因为Pb-O键的部分共价特性。PbTiO 3和BaTiO 3是铁电体，在四边形铁电畸变平行于表面的情况下，研究了表面对铁电畸变的影响.表面弛豫能被发现是相当大的，即，比体铁电阱深度大许多倍。然而，表面对铁电序参量的影响是适度的，并且对于两种材料是定性和定量不同的。还计算了表面能和电子性质。结果发现，对于BaTiO 3和SrTiO 3表面，AO终止和TiO 2终止的表面都可以是热稳定的，而对于PbTiO 3，只有PbO表面终止是稳定的。
1999-08-25 cond-mat.mtrl-sci
Epitaxial Strain-Dependence of Band Gaps in Oxynitrides compared to Oxides
过氧化氢氮氧化物是一类很有前途的光催化分解水的材料，由于其小的带隙和适当对齐的带边。最近，外延应变氮氧化物开始引起人们的兴趣，由于工程的阴离子秩序和铁电畸变的可能性。然而，与氧化物相反，还没有研究过氮氧化物的带隙演化与外延应变。在这里，我们调查，使用密度泛函理论计算，外延应变对两种不同的氮氧化物的带隙的影响，并比较我们的结果与氧化物。相对于立方氧化物，其中压缩和拉伸应变的带隙变窄，我们发现，阴离子顺序导致非简并N \textit{2p}带已经在零应变，这导致相反的和阴离子顺序依赖于压缩和拉伸应变下的带隙的演变。此外，我们发现，在氮氧化物极性畸变增加的带隙高达1 eV的4%的应变，而对于氧化物的增加仅为约0.1 eV的相同量的应变。这种差异的原因是氮的离子半径较大，导致更大的铁电畸变和更强的带隙对畸变幅度的依赖性。这些结果意味着铁电畸变对光吸收是非常有害的，并且它们的抑制，例如高于临界温度，应该导致带隙的显著减小和可见光的增强吸收。
2018-06-06 cond-mat.mtrl-sci
Dual structures in PZN-xPT ferroelectric relaxors
我们对一系列具有不同入射光子能量和不同穿透深度的（1- $x$）Pb（Zn $_{1/3}$ Nb $_{2/3}$）O $_3$ - $x$ PbTiO $_3$（PZN- $x$ PT）单晶进行了X射线衍射研究。我们的研究结果表明，外层的$\sim 10$至50 $μ$ m厚的存在于所有样品。这些外层的结构与晶体内部的结构不同，具有更大的（菱面体）扭曲。随着$x$的增加，菱形型晶格畸变在外层和内部都发展。
2004-01-22 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Femtoscale magnetically induced lattice distortions in multiferroic TbMnO3
以TbMnO 3为代表的磁电多铁性材料同时具有磁性和铁电性的长程序。磁序基本上已经被理解，而铁电性的本质仍然比较难以捉摸。提出的竞争模型来解释铁电性分别与电荷转移和离子位移。利用磁电耦合，我们利用电场产生单磁畴态，并利用磁场诱导离子位移。在这些条件下，干涉电荷-磁X射线散射产生，编码位移的振幅和相位。当结合理论分析，我们的数据使我们能够解决在飞秒尺度的离子位移，并表明，这种位移的零场铁电矩作出了重大贡献。
2011-10-13 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Absence of Tetragonal Distortion in (1-x)SrTiO3-xBi(Zn1/2Ti1/2)O3 Solid Solution
对无铅固溶体（1-x）SrTiO_3-xBi（Zn_（1/2）Ti_（1/2））O_3（（1-x）ST-xBZT）（x=0.05，0.10，0.15，0.20，0.30和0.50）进行了粉末X射线衍射和介电性能研究。粉末X射线衍射数据的分析揭示了在室温以及低温下对于x < 0.20的组合物的（1-x）ST-xBZT的立方结构（空间群Pm 3 m）。当与ST合金化时，高度四角化的BZT不能引入任何四方性。固溶度被限制为x< 0.20，并且对于更高的BZT浓度，杂质相开始出现。对（1- x）ST-xBZT固溶体的铁电和介电性能的研究表明，所有固溶体均为顺电体。在（1-x）ST-xBZT固溶体中没有四氢畸变的影响进行了讨论，最近研究的其他固溶体的基础上BZT。
2013-11-15 cond-mat.mtrl-sci
First principles study of the influence of (110)-oriented strain on the ferroelectric properties of rutile TiO$_2$
利用第一性原理密度泛函理论研究了金红石型TiO $_2$中极性声子模在（110）取向拉伸应变下的软化。我们表明，该系统变得不稳定，对铁电畸变与极化沿（110）的实验可访问的应变值。由此产生的极化，估计从玻恩有效电荷，甚至超过了体极化的钛酸钡$_3$。我们的计算表明沿（110）和（001）方向极化的极性模式的不同应变依赖性，我们讨论了应变工程的极化方向的可能性，以及由此产生的介电和压电响应，在合适的衬底上生长的TiO $_2$薄膜。
2011-06-14 cond-mat.mtrl-sci
Ferroelectric Phase Transitions from First Principles
利用第一性原理密度泛函理论、总能量和线性响应计算方法，利用局域化的对称基组晶格Wannier函数，构造了$PbTiO_3$铁电相变的有效哈密顿量.对该体系的蒙特卡罗模拟的初步结果表明，在660 K时存在一级π-四π跃迁。铅原子的参与晶格不稳定性和耦合的本地扭曲应变被发现是特别重要的，在生产的行为特征的$PbTiO_3$过渡。对实验观察到的$T_c$以上的局部畸变的存在提出了一个初步的解释。进一步的应用，提出了这种方法的各种系统和结构的第一性原理研究在个别材料的有限温度的结构特性。
1995-05-18 cond-mat.mtrl-sci mtrl-th
Electrical properties of improper ferroelectrics from first principles
利用第一性原理计算，在约束电位移场D下，研究了六方晶系YMnO 3和短周期PbTiO 3/SrTiO 3超晶格的结构畸变和极性畸变的相互作用.我们发现，在YMnO 3的氧多面体的倾斜产生一个强大的极性基态，它坚持在任何选择的电边界条件。相反，在PTO/STO的反铁畸变不稳定性单独不打破反转对称性，和开路的非极性条件下恢复一个非极性状态。我们认为，这种质的差异自然提供了一个合理化的概念，从第一性原理理论的角度来看，“不当铁电性”的路线。我们讨论的影响，我们的论点的设计与增强功能的新型多铁性材料，并为对称性分析的相变。
2012-07-16 cond-mat.mtrl-sci
Influence of the ferroelectric polarization on the electronic structure of BaTiO3 thin films
利用压电显微镜（PFM）在掺Nb的SrTiO 3（STO）衬底上制备了20 nm厚的BaTiO 3（001）（BTO）外延薄膜。用全能量过滤光电发射显微镜（PEEM）和同步辐射研究了畴相关电子结构。位移，铁电极化引起的，高达300毫电子伏的样品中观察到的功函数。表面为Ba-O封端。在BTO的价带和Ba 3d、Ti 2 p和O 1 s芯能级上观察到极化诱导的电子结构畸变。观察到极化相关的表面吸附。一个简单的静电模型的基础上净表面电荷是不足以解释所观察到的电子水平的修改。
2018-06-05 cond-mat.mtrl-sci
Imaging and structure analysis of ferroelectric domains, domain walls, and vortices by scanning electron diffraction
本研究利用扫描电子衍射结合定制卷积自编码器，在铁电材料Er(Mn,Ti)O$_3$中实现了对畴、畴壁和涡旋的极性畸变的高统计显著性区分与定量测量。
2023-05-09 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Emergence of long-range order in BaTiO3 from local symmetry-breaking distortions
通过使用一个对称激励的基础上，以评估当地的扭曲对分布函数数据（PDF），我们表明，没有事先的偏见，在原型铁电钛酸钡的偏心钛位移区为中心和菱形的性质，在其已知的铁电和顺电相。利用我们新获得的见解，我们构建了一个简单的Monte Carlo（MC）模型，该模型捕获了我们的主要实验结果，并演示了BaTiO 3丰富的晶体学相图是如何从局部破坏扭曲的相关性中出现的。我们的研究结果强烈支持这些相变的有序-无序的图片，但也可以调和与软模理论的钛酸钡，支持一些光谱技术。
2015-12-11 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Prediction of a native ferroelectric metal
金属支持铁电性的可能性是一个悬而未决的问题。Anderson和Blount表明，某些马氏体相变涉及反转对称性破缺和极轴的形式存在，因此“金属铁电”行为已被要求用于经历中心对称（CS）到非CS结构转变（Cd2ReO7，LiOsO3）或天然非CS（SrCaRu2O）的金属，或用于铁电绝缘体，其极性畸变幸存于由掺杂或邻近引起的适度金属性。然而，这些系统，也没有任何其他我们的知识，体现了一个真正的铁电金属与原生可切换的极化和原生金属共存于一个单一的阶段。在这里，我们报告了有史以来第一次对这种材料的理论预测。通过第一性原理计算，我们发现层状钙钛矿结构的Bi_5Ti_5O_（17）在费米能级处具有非零态密度，具有类金属的导电性，并且在零场下具有自发极化.此外，我们预测，Bi5Ti5O17的极化是可切换的原则上，作为材料符合足够的对称性要求，并在实践中，作为Bi5Ti5O17可以维持沿极性方向的相当大的电位降，需要通过施加电偏压来恢复其极化。
2015-11-30 cond-mat.mtrl-sci
Possible emergence of a skyrmion phase in ferroelectric GaMo$_4$S$_8$
提出了在磁场下，极性空隙尖晶石，例如GaV $_4$ S $_8$和GaV $_4$ Se $_8$，作为Skyrmion相的宿主。在本工作中，我们提出了一种等构的GaMo $_4$ S $_8$作为Néel型skyrmion晶格的候选晶格，并通过第一性原理计算和模型哈密顿量的蒙特卡罗模拟对其进行了系统的研究.由Jahn-Teller失真驱动的电极化的强度预计将出现在GaMo $_4$ S $_8$中，显示出与基于V的对应物中评估的尺寸相当但相反的符号，并根据不同的电子计数参数和产生的失真进行解释。有趣的是，在钒尖晶石中，4d轨道相对于3d轨道的更大的自旋-轨道耦合导致更强的Dzyaloshinskiii-Moriya相互作用，这有利于稳定摆线自旋织构，以及更小尺寸的skyrmions（半径<10 nm）。此外，GaMo_4S_8的交换各向异性可能导致铁电-铁磁基态，作为铁电-skyrmionic基态的替代，需要进一步的实验验证。
2019-06-08 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Origin of ferroelectricity in the multiferroic barium fluorides BaMF4
我们提出了第一性原理研究的一系列多铁性氟化钡的组成BaMF 4，其中M是Mn，Fe，Co，或Ni。我们讨论的结构，电子和磁性的趋势，我们表明，在这些系统中的铁电性的结果从“冻结”的一个单一的不稳定的极性声子模式。与标准钙钛矿铁电体的情况相反，这种结构畸变不伴随阳离子和阴离子之间的电荷转移。因此，在多铁性氟化钡中的铁电不稳定性仅仅是由于尺寸效应和底层晶体结构的特殊几何约束而产生的。
2006-05-01 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Ferroelectricity and chirality in the Pb$_5$Ge$_3$O$_{11}$ crystal
本文通过第一性原理计算研究Pb$_5$Ge$_3$O$_{11}$的铁电相变，识别出与超铁电性和稳定畴相关的极性不稳定性，揭示铁电极化主要源于不稳定极性声子模式及协同模式，并分析了结构手性的起源及声子角动量分布趋势。
2024-01-16 cond-mat.mtrl-sci
Direct observation of symmetry-breaking in a 'ferroelectric' polar metal
铁电材料包含可切换的自发极化，其即使在没有外部电场的情况下也持续存在。铁电性和金属性在材料中的共存似乎是虚幻的，因为极化在金属中是不明确的，其中巡游电子被期望屏蔽偶极有序所必需的长程偶极相互作用。极性金属LiOsO 3的惊人发现引起了人们对寻找新的极性金属的兴趣，这是由奇异量子现象的前景所激发的，例如非常规配对机制引起的超导性，拓扑自旋电流，各向异性上临界场和莫特多铁性。以前的研究表明，锂原子的配位偏好在稳定LiOsO 3的极性金属相方面发挥着关键作用，但对极性顺序和金属性如何共存的透彻理解仍然是难以捉摸的。在这里，我们使用XUV-SHG作为新的技术，直接探测周围的Li原子的反转对称性破缺。我们的研究结果同意与以前的理论，主要结构的扭曲，使产生的极性金属相在LiOsO 3是一个亚埃锂原子位移沿极轴的后果。一个显着的协议，我们的实验结果和从头计算提供了物理的见解连接的非线性响应的单细胞的空间不对称性。它表明，XUV-SHG可以选择性地探测反转破缺对称性的块体材料与元素特异性。与光学SHG方法相比，XUV-SHG填补了研究结构不对称性的关键空白，当结构畸变从费米表面能量分离时。此外，这些结果铺平了时间分辨探测的飞秒时间尺度上的元素特异性破缺结构相变的方式。
2020-12-11 cond-mat.mtrl-sci
Structural correlations in the enhancement of ferroelectric property of Sr doped BaTiO3
研究了Sr掺杂对名义成分为Ba_（0.80）Sr_（0.20）TiO_3（BSTO）的BaTiO_3（BTO）的结构、晶格振动、介电、铁电和电热性能的影响。依赖于温度的介电结果阐明了介电常数的增强，并表现出三个频率无关的转变约335，250和185 K，这是与不同的结构转变。所有这些转变发生在较低的温度相比，原始的BTO，然而，剩余电极化的强度（P）的BSTO是远远高于BTO。在室温下，P的值约为5 μ C/cm 2，在四面体到斜方晶和斜方晶到菱形转变处观察到约8 μ C/cm 2的最大P。电热效应显示在立方到四立方转变处温度Δ T的最大绝热变化约为0.24 K。随温度变化的同步辐射X射线衍射和拉曼光谱的结果表明，P，晶体结构和晶格振动之间的相关性。我们的研究结果表明，在铁电性能的增强与Sr掺杂的BTO。讨论了铁电性能增强的原因，认为这与TiO 6八面体畸变在室温附近出现超晶格峰有关。这些性能的提高将有助于设计无铅高质量的铁电和压电材料。
2020-02-28 cond-mat.mtrl-sci
Ab initio study of BaTiO3 and PbTiO3 surfaces in external electric fields
对于BaTiO_3和PbTiO_3这两种钙钛矿型铁电化合物，我们研究了外加电场对（001）面结构性质的影响。采用第一性原理超软赝势方法计算了场致表面层间距和屈曲的变化，得到了表面层极化和铁电畸变的变化。表面由周期性重复的平板表示，并且外部偶极层被包括在超晶胞的真空区域中以控制垂直于表面的电场。讨论了电边界条件对平板铁电性能的影响。在内部电场消失的情况下，我们的研究表明，即使是非常薄的平板可以显示铁电不稳定性。
2001-02-13 cond-mat.mtrl-sci
