Epitaxial stabilization of pulsed laser deposited Sr$_{n+1}$Ir$_n$O$_{3n+1}$ thin films: entangled effect of growth dynamics and strain
Ir $^{4+}$层状氧化物中电子关联、晶场分裂和自旋-轨道耦合的微妙平衡可以产生新的电子和磁性相。这一领域的实验进展依赖于这些氧化物的外延膜的合成。然而，具有优异结构质量的层状虹彩晶体的生长是一个巨大的实验挑战。在这里，我们选择性地生长高质量的单相薄膜的Sr $_2$ IrO $_4$，Sr $_3$ Ir $_2$ O $_7$，和SrIrO $_3$在各种衬底上从一个单一的Sr $_3$ Ir $_2$ O $_7$目标通过调整背景氧压力和外延应变。我们证明了薄膜沉积过程中生长动力学和应变之间复杂的相互作用。这种相互作用导致在相同的生长条件下生长在不同衬底上的膜中的不同相的稳定，这不能用简单的动力学模型来解释。我们进一步研究了这三个阶段的热电性能，并提出，弱本地化是负责低温激活电阻率观察SrIrO $_3$压缩应变下。
2018-08-16 cond-mat.mtrl-sci
Stabilization of the epitaxial rhombohedral ferroelectric phase in ZrO2 by surface energy
掺杂的HfO_2和HfO_2-ZrO_2化合物由于其在薄膜中的铁电性能而引起了人们极大的兴趣。在这里，我们表明，ZrO 2可以是一个操场掺杂和应变工程，以增加外延薄膜的厚度。基于从头计算支持的表面能的考虑，我们表明，纯ZrO 2外延薄膜表现出铁电菱面体相（r-相，R3 m空间群）比Hf0.5Zr0.5O2（HZO）和纯HfO 2的情况下更稳定。特别是，对于厚度高达37 nm，我们实验证明了一个单一的（111）取向的r-相的ZrO 2薄膜沉积在La 2/3 Sr 1/3 MnO 3缓冲DyScO 3（110）衬底，而四方相旁边观察到的菱面体的SrTiO 3（001）。讨论了该r相的形成，并比较了HfO 2，ZrO 2和HZO之间的关系，突出了表面能的作用。
2022-08-31 cond-mat.mtrl-sci
Epitaxial stabilization of magnetic GdAuSb/LaAuSb superlattices
University of Wisconsin Madison（威斯康星大学麦迪逊分校）；The State University of New York, Buffalo（纽约州立大学布法罗分校）；Argonne National Laboratory（阿贡国家实验室）
通过分子束外延在Al₂O₃基底上稳定GdAuSb/LaAuSb超晶格，展现原子级界面和磁拓扑序调控新平台。
2026-03-06 cond-mat.mtrl-sci
Epitaxial stabilization of SrCu$_3$O$_4$ with infinite Cu$_{3/2}$O$_2$ layers
我们报道了用分子束外延法合成SrCu $_3$ O $_4$的外延薄膜，其中Cu $_3$ O $_4$层由边缘共享的CuO $_4$正方形平面组成。实验和理论表征表明，这种材料是一种亚稳相，可以通过从（001）-SrTiO $_3$衬底施加拉伸双轴应变而存在。SrCu $_3$ O $_4$显示出与Cu $^{2+}$价态一致的绝缘电阻率，这揭示了X射线光电子能谱。第一性原理计算还表明，未占据的$d_{3z^2-r^2}$带由于不存在顶端阴离子而变得基本上稳定，这与具有$A_2$ Cl $_2$嵌段层并因此具有反式-CuO $_4$ Cl $_2$八面体的$A_2$ Cu $_3$ O $_4$ Cl $_2$（$A = $ Sr，Ba）相反。这些结果表明，SrCu $_3$ O $_4$是一种合适的基于Cu $_3$ O $_4$平面的电子掺杂超导电性母体材料。
2020-12-04 cond-mat.mtrl-sci
Stabilization of Ferroelectric Hf0.5Zr0.5O2 Epitaxial Films via Monolayer Reconstruction Driven by Interfacial Redox Reaction
本文揭示了通过界面氧化还原反应驱动的单层重构机制，可在单胞厚度的La0.67Sr0.33MnO3缓冲层上稳定外延生长亚稳铁电Hf0.5Zr0.5O2薄膜，为探索金属氧化物功能性亚稳相提供了新思路。
2023-07-11 cond-mat.mtrl-sci
Stabilization of competing ferroelectric phases of HfO$_2$ under epitaxial strain
铪（HfO $_2$）基薄膜由于其强大的铁电性和与硅的集成性而在纳米电子器件中具有很好的应用前景。然而，HfO $_2$具有各种稳定和亚稳定的多晶型物，其具有非常相似的结构和能量。HfO $_2$铁电功能相的确定和稳定是近年来研究的热点。在这项工作中，第一性原理计算（111）取向的HfO $_2$被用来发现，施加在四相平面内的剪切应变诱导非极性相变。这种平面内剪切诱导的极性相被证明是一个已知的亚稳铁电$Pnm2_1$相HfO $_2$的外延变形。有人提出，这种铁电$Pnm2_1$相可以解释最近在（111）取向的HfO $_2$基薄膜中观察到的铁电性[Nature Materials 17，1095-1100（2018）]。对HfO $_2$中的第二功能铁电相的进一步研究可以潜在地改善HfO $_2$基膜在逻辑和存储器件中的性能。
2020-09-26 cond-mat.mtrl-sci
Epitaxial Stabilization and Emergent Charge Order in Copper Selenide Thin Films
本文通过分子束外延在Al$_2$O$_3$上生长Cu$_{2-x}$Se薄膜，稳定了高温立方相并在140 K发现由费米面嵌套驱动的电荷密度波转变，为应变与界面调控电子相提供了平台。
2025-06-25 cond-mat.mtrl-sci
Super-R BiFeO$_3$: Epitaxial stabilization of a low-symmetry phase with giant electromechanical response
压电体将机械能和电荷相互转换，并广泛用于致动器和传感器。性能最好的材料是在准同型相界（MPB）的铁电体，其中几个相可以紧密共存。通过电场在这些相位之间切换产生大的机电响应。在铁电体BiFeO $_3$中，应变可用于产生MPB样相混合物，从而产生大的电场依赖性应变。然而，这种增强的响应发生在膜的局部的、随机定位的区域，这可能使纳米器件设计复杂化。在这里，我们使用外延应变和取向工程串联-各向异性外延-工艺迄今为止不可用的低对称相的BiFeO $_3$，其作为菱面体状和四边形状多晶型物之间的结构桥梁。干涉位移传感器测量和第一原理计算表明，在外部电偏压下，该相经历了向四边形多晶型物的过渡，产生了超过200%的压电响应增强，以及相关的巨场诱导可逆应变。这些结果为在薄膜中设计巨大的机电性能提供了一条新的途径，为其他功能氧化物系统提供了更广阔的前景。
2021-01-31 cond-mat.mtrl-sci
Epitaxial stabilization of metastable 3C BaRuO3 thin film with ferromagnetic non-Fermi liquid phase
通式为ARuO 3（A = Ca和Sr）的钙钛矿钌酸盐的薄膜是用于可行的氧化物电子器件的通用电导体。它们在科学上也很有趣，因为它们表现出依赖于A位元素的非平凡电磁基态。其中，立方钙钛矿（3C）BaRuO 3薄膜的实现迄今为止一直是一个挑战，因为3C相是BaRuO 3的各种多晶型物相中具有最大形成能的亚稳相。在本研究中，我们成功地制备了3C BaRuO 3薄膜采用外延稳定。3C BaRuO 3薄膜具有巡游铁磁性，相变温度约为48 K，为非费米液相。3C BaRuO 3的外延稳定化进一步使我们能够对钙钛矿钌酸盐薄膜进行标准比较，从而建立Ru-O轨道杂化在理解巡回磁系统中的重要性。
2021-07-15 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Synthesis and Characterization of the Ternary Nitride Semiconductor Zn$_2$VN$_3$: Theoretical Prediction, Combinatorial Screening and Epitaxial Stabilization
采用计算引导的高通量合成方法探索Zn-V-N相空间，合成了新型三元氮化物Zn $_2$ VN $_3$ .在组合PVD筛选之后，我们分离相并在常规硼硅酸盐玻璃衬底上合成具有纤锌矿结构的多晶Zn $_2$ VN $_3$薄膜。此外，我们证明了阳离子无序，但相位纯（002）织构，Zn $_2$ VN $_3$薄膜可以使用外延稳定在α-Al 2 O3（0001）衬底上生长在非常低的生长温度远低于200 °C。利用XRD和（S）TEM技术详细研究了Zn $_2$ VN $_3$薄膜的结构和相组成。采用RBS/ERDA和XPS/HAXPES方法研究了组成元素的组成和化学状态。这些分析揭示了化学计量的材料，没有氧污染，除了薄的表面氧化物。我们发现Zn $_2$ VN $_3$是一种弱掺杂的p型半导体，表现出跨越2 eV和3 eV范围的宽带室温光致发光。此外，电子性能可以通过在阳离子位点上的同构合金化在很宽的范围内调节，使其成为光电应用的有前途的材料。
2021-11-25 cond-mat.mtrl-sci
Programmable phase selection between altermagnetic and non-centrosymmetric polymorphs of MnTe on InP via molecular beam epitaxy
本研究利用 InP（111）A/B 表面终止差异，在 MBE 生长中可编程选择 MnTe 的 NiAs 反铁磁相或 ZnS 非中心对称相，并结合表征与第一性原理揭示界面稳定机制。
2025-07-24 cond-mat.mtrl-sci
Quasi-van der Waals Epitaxial Growth of γ'-GaSe Thin Films on GaAs(111)B Substrates
本文采用分子束外延在GaAs(111)B衬底上直接生长出含稀有γ'多型的光滑纳米GaSe薄膜，并结合密度泛函理论揭示Ga空位对γ'相的稳定作用。
2024-06-14 cond-mat.mtrl-sci
Engineering Ferroelectric Hf0.5Zr0.5O2 Thin Films by Epitaxial Stress
证明了外延应力对氧化物铁电正交相稳定性的重要影响。Hf0.5Zr0.5O2和La0.67Sr0.33MnO3电极的外延双层生长在一组单晶氧化物001取向的，立方或伪立方设置，晶格参数在3.71 - 4.21 A范围内的衬底上。La0.67Sr0.33MnO3电极的晶格应变，由晶格失配与衬底，是关键的正交相Hf0.5Zr0.5O2的稳定。在La0.67Sr0.33MnO3电极拉伸应变的Hf0.5Zr0.5O2膜的大部分是正交的，而单斜相是有利的，当La0.67Sr0.33MnO3松弛或压缩应变。因此，在TbScO3和GdScO3衬底上的Hf0.5Zr0.5O2膜与在其它衬底上的膜（包括常用的SrTiO 3）相比呈现显著增强的铁电极化。具有外延掺杂HfO2薄膜与控制相位和极化的能力是主要的兴趣，为更好地理解铁电性能，并为基于纳米HfO2薄膜的铁电器件的制造铺平了道路。
2019-09-04 cond-mat.mtrl-sci
Stabilization of phase-pure rhombohedral HfZrO4 in Pulsed Laser Deposited thin films
控制锆酸铪的晶体结构及其与半导体电极的外延关系具有很高的技术兴趣，因为铁电材料是新兴电子器件的关键成分。采用脉冲激光沉积法在GAN（0001）/ Si（111）模板上外延生长了纯相超薄膜HfZrO 4。由于标准的显微镜技术不允许确定与肯定的薄膜的晶体结构，由于弱散射的氧，微分相衬（DPC）扫描透射电子显微镜是用来允许直接成像的氧柱在膜。结合X射线衍射分析，证明了薄膜的极性和菱面体R3对称性。
2019-11-25 cond-mat.mtrl-sci
Epitaxial stabilization of ultra thin films of electron doped manganites
采用脉冲激光间歇沉积法在SrTiO $_3$（001）衬底上生长了电子掺杂锰氧化物La $_{0.8}$ Ce $_{0.2}$ MnO $_3$的超薄膜。高的结构质量和表面形态，证实了基于同步加速器的X射线衍射和原子力显微镜的组合。共振X射线吸收光谱测量证实了Ce $^{+4}$和Mn $^{+2}$离子的存在。此外，通过霍尔效应测量证实了电子掺杂特征。所有生长的薄膜显示出铁磁基态，所揭示的XMCD和磁阻测量和保持绝缘相反的金属-绝缘体转变的早期报告。我们的研究结果暗示了类似于高$T_c$铜酸盐的锰氧化物巨磁阻（CMR）相图中电子-空穴不对称的可能性。
2014-03-29 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Engineering of a Layered Ferromagnet via Graphitization: An Overlooked Polymorph of GdAlSi
本文提出将石墨化方法从立方材料拓展到更广泛体系，并据此在硅衬底上制备出约20个单层临界厚度的层状铁磁体GdAlSi，通过实验和理论证实其铁磁性来源于Gd的4f电子，为功能性层状材料设计提供了新途径。
2024-03-06 cond-mat.mtrl-sci
Phase diagram of Sr$_{1-x}$Ba$_x$MnO$_3$ as a function of chemical doping, epitaxial strain and external pressure
利用\textit{ab initio}计算系统地研究了多铁性$_{1-x}$ Ba $_x$ MnO $_3$（$0 \leq x \leq 1$）相图随化学掺杂、外延应变和外压的变化。我们发现，通过在立方SrMnO $_3$中用Ba替换Sr并施加外延应变，材料可以被调谐到两个多铁性相之间的一阶转变附近，一个反铁磁性相具有较小的极化，一个铁磁性相具有较大的极化。在过渡区附近可以实现巨大的有效磁电耦合和交叉场控制（磁场控制磁性或磁场控制极化）。理论计算的转换点上的交换相关泛函的选择的依赖性被确定，并发现是不可忽略的。我们还表明，钙钛矿结构的BaMnO $_3$可以稳定相对于其六方多晶型在压力大于20 GPa。
2016-10-04 cond-mat.mtrl-sci
Multi-functional Wafer-Scale Van der Waals Heterostructures and Polymorphs
本文外延集成Bi2Se3、WSe2与Co，制备晶圆级多功能范德华异质结构，证明TMD多晶型单层切换可整体调控光学、电学和磁学性质。
2025-01-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Polymorphism in Bi-based perovskite oxides: a first-principles study
在正常条件下，BiScO $_3$、BiCrO $_3$、BiMnO $_3$、BiFeO $_3$和BiCoO $_3$的块状晶体呈现钙钛矿结构的三种非常不同的变化：反极性相、沿伪立方晶胞的空间对角线具有大极化的菱面体相和具有甚至更大极化的超四面体相。为了了解这种变化的原因，我们使用遗传算法来搜索这些材料的表面能的最小值。我们的研究结果表明，这些最小值的数量是非常大的，当与典型的铁电钙钛矿如BaTiO $_3$和PbTiO $_3$相比，它们之间的精细能量平衡的结果中看到的大的结构差异。作为我们的搜索的副产品，我们已经确定了低能量的BiMnO $_3$的电荷有序结构，和几个阶段的能量是类似的BiCrO $_3$的基态。我们还发现，一个反supertetraxite相存在于散装，可能是有利的薄膜外延生长在大值的拉伸失配应变。
2018-04-06 cond-mat.mtrl-sci
Layer-by-layer epitaxial growth of polar FeO(111) thin films on MgO(111)
本文报道了用分子束外延法在MgO（111）衬底上生长的外延FeO层的结构特性。成功稳定的极性FeO膜厚为16单层（ML），通过沉积和随后的氧化单铁层，提出。采用低能电子衍射、俄歇电子能谱和转换电子穆斯堡尔谱（CEMS）对FeO/MgO（111）薄膜进行了化学和结构表征。详细的原位CEMS测量作为膜厚度的函数表现出的尺寸效应引起的演变的超精细参数，最厚的膜表现出的散装浮氏体超精细图案。非原位CEMS研究证实了在液氮温度下的磁有序的浮氏体薄膜相。
2011-11-14 cond-mat.mtrl-sci
Direct epitaxial growth of polar (1-x)HfO2-(x)ZrO2 ultra-thin films on Silicon
超薄Hf 1-xZrxO 2薄膜由于其与Si相容的铁电性而引起了人们极大的兴趣。虽然这些相已经在Si上生长为多晶膜，但外延生长仅在非Si衬底上实现。在这里，我们报告直接外延的极性相在Si上使用脉冲激光沉积，通过原位清除原生a-SiOx弹道条件下启用。在Si（111）上，极性菱面体（r）相和体相单斜（m）相共存，前者的体积随Zr含量的增加而增大。通过由界面结晶c-SiO 2层提供的压缩应变，在衬底和膜之间具有直接连接的区域中稳定R相。在a-SiOx再生长的区域中，膜弛豫为体m相。在Si（100）上，我们观察到极性正交的o相与m相共存，在单斜畴的交叉处被不均匀的应变稳定。这项工作提供了基本的洞察力的条件，导致优先稳定的r-，o-和m-阶段。
2019-07-13 cond-mat.mtrl-sci
Enhanced magnetic and thermoelectric properties in epitaxial polycrystalline SrRuO3 thin film
过渡金属氧化物薄膜显示出通用的电、磁和热性能，其可以通过经由多晶固体有意地引入宏观晶界来定制。在这项研究中，我们专注于修改的磁性和热输运性能的制造单和多晶外延SrRuO3薄膜，使用脉冲激光外延。采用原子级平坦的多晶SrTiO_3衬底外延稳定化技术，实现了每个晶粒的结晶质量与单晶对应物的结晶质量相当的外延多晶SrRu_3薄膜。特别是，减轻压缩应变附近的晶界，由于合并证明结构，这诱导增强的多晶外延薄膜的铁磁有序。与晶界相关联的结构变化进一步降低了热导率而不恶化电子输运，并且与它们的单晶对应物相比，导致外延多晶薄膜中增强的热电效率。
2018-04-17 cond-mat.mtrl-sci
Optical activity and phase transformations in γ/β Ga2O3 bilayers under annealing
本研究通过退火γ/β Ga2O3双层结构，揭示了低温界面外延再生长和高温非平面相变的两阶段动力学，并关联了光学性质演变，加深了对Ga2O3多晶型的理解。
2024-05-30 cond-mat.mtrl-sci
Stabilization of $\varepsilon$-Fe$_2$O$_3$ epitaxial layer on MgO(111)/GaN via an intermediate $γ$-Fe$_2$O$_3$-phase
在目前的研究中，我们已经证明了外延稳定的亚稳磁硬$\varepsilon$ -Fe $_2$ O $_3$相上的薄MgO（111）缓冲层生长到GAN（0001）表面上的顶部。在Fe $_2$ O $_3$和GAN之间引入4 nm厚的MgO缓冲层的主要目的是阻止Ga热迁移到氧化铁层中。虽然这种迁移和正交GaFeO $_3$的连续形成被认为是早期的同构$\varepsilon$ -Fe $_2$ O $_3$的成核的潜在触发，本工作表明，即使在MgO覆盖的GAN上，通过脉冲激光沉积生长单晶均匀的铁氧体薄膜也是可能的。通过电子衍射和X射线衍射研究了MgO / GAN上60 nm厚的Fe $_2$ O $_3$层的结构特性，两者都表明在生长$\varepsilon$ -Fe $_2$ O $_3$之前先形成了一薄层$γ$ -Fe $_2$ O $_3$ .的存在下的磁性硬铁氧体的温度依赖性的磁力测量独立确认。深度分辨X射线衍射和极化中子反射谱分析表明，界面处10. 0 nm的氧化铁层比$\varepsilon$ -Fe $_2$ O $_3$膜的主体积密度低，磁化强度高.通过拟合反射数据得到的密度和磁矩深度分布与MgO和$\varepsilon$-Fe $_2$ O $_3$之间磁降解的$γ$-Fe $_2$ O $_3$过渡层的存在很好地一致。磁电$\varepsilon$ -和自旋热电…
2019-08-05 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Growth Window of Ferroelectric Epitaxial Hf0.5Zr0.5O2 Thin Films
亚稳的斜方晶相通常在多晶薄膜中获得，而在外延薄膜中，其形成的研究要少得多。我们已经生长Hf0.5Zr0.5O2薄膜的脉冲激光沉积，和生长窗口（沉积过程中的温度和氧气压力和膜厚）的外延稳定的铁电相映射。剩余的铁电极化，高达约24 μ C/cm 2，取决于正交相和晶面间距的量，并随着温度和压力的固定膜厚度增加。漏电流随着厚度或温度的增加而减小，或者当降低氧气压力时减小。矫顽电场（EC）取决于厚度（t），根据矫顽电场（EC）-厚度（t）-2/3缩放，这是在铁电氧化物中首次观察到的，并且缩放延伸到低至约5 nm的厚度。经过验证的能力，定制高品质的外延铁电Hf0.5Zr0.5O2薄膜的功能特性铺平了道路，了解他们的铁电性能和原型设备。
2019-02-27 cond-mat.mtrl-sci
Pressure-induced stabilization of carbonic acid and other compounds in the C-H-O system
元素和化合物的物理化学行为被高压严重改变。晶体结构预测方法可以揭示压力诱导反应和相变的发生。在这项工作中，我们探讨了C-H-O相图高达400 GPa利用进化算法的晶体结构预测与从头计算。除了发现高压元素和已知分子的新的稳定多晶型物外，我们还预测了新化合物的形成。在低压下形成2CH 4：3 H2包合物，并在215 GPa内保持稳定。碳酸（H2 CO 3），在环境条件下高度不稳定，预计将在温和的压力（约1 GPa）下形成热力学。当压力上升时，它聚合，并在300 GPa以上与水反应形成原碳酸（H4 CO 4）。通过分析电荷密度和电子局域化函数分布，这种意想不到的高压化学是合理的，并对普通化学和行星科学的影响进行了讨论。
2016-03-08 cond-mat.mtrl-sci
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。
2019-05-11 cond-mat.mtrl-sci
Robust Zero-Field Skyrmion Formation in FeGe Epitaxial Thin Films
B20相磁性材料，例如FeGe，近年来受到了极大的关注，因为它们能够实现磁skyrmion，这可能导致低能量成本的自旋电子应用。在这个新兴领域的一个主要努力是在室温和零外部磁场下稳定skyrmions。本文报道了用双真空离轴溅射法在Si（111）衬底上生长纯相FeGe外延薄膜。通过X射线衍射和扫描透射电子显微镜证实了FeGe薄膜的高结晶质量。霍尔效应测量表明，在扣除正常和反常的霍尔效应后，FeGe薄膜具有很强的拓扑霍尔效应，表明在5 ~ 275 K温度范围内，FeGe薄膜中形成了高密度的Skyrmion.特别地，在零磁场下观察到大量的拓扑霍尔效应，示出了不需要外部磁场的鲁棒的skyrmion相位。
2016-04-22 cond-mat.mtrl-sci
Epitaxial growth and stabilization of perovskite phase EuNiO3 thin films through RF sputtering
本研究通过反应性射频溅射结合后退火工艺，优化氧分压与退火温度，在LAO和LSAT衬底上制备出稳定的高质量外延钙钛矿相EuNiO₃薄膜，揭示了衬底应变与氧空位对其金属-绝缘体转变温度的调控机制。
2024-10-30 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
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。
2009-04-14 cond-mat.mtrl-sci
Critical Effect of Bottom Electrode on Ferroelectricity of Epitaxial Hf0.5Zr0.5O2 Thin Films
在La0.67Sr0.33MnO3（LSMO）电极上外延生长的正交晶系Hf0.5Zr0.5O2（HZO）薄膜具有很强的铁电性，并具有很高的极化、耐久性和保持力。然而，到目前为止，使用其他钙钛矿电极还没有获得类似的结果。在这里，LSMO和其他钙钛矿电极进行了比较。在La掺杂的BaSnO3和Nb掺杂的SrTiO3上生长的HZO薄膜中发现了少量的正交相和低极化，而在LaNiO3和SrRuO3上生长的HZO薄膜中检测到了零量的正交相和极化。电极对稳定相的关键作用不是电极晶格参数差异的结果。界面是至关重要的，和工程上的HZO底部界面只有几个单层的LSMO允许正交相的稳定。此外，虽然特定的二价离子（Sr或Ca）的锰氧化物是不相关的，减少La含量导致的正交相的量和铁电极化的HZO膜的严重减少。
2021-02-18 cond-mat.mtrl-sci
Reversible redox reactions in an epitaxially stabilized SrCoOx oxygen sponge
在低温下在固体中进行快速、可逆的氧化还原反应而不发生热机械降解，是提高许多能源材料和设备的整体性能和寿命的一种有前途的策略。然而，阳离子的氧化态和高热力学势垒的鲁棒性阻碍了在低温下实现快速催化和本体扩散。在这里，我们报告了一个显着降低的氧化还原温度的外延稳定的锶钴酸盐（SrCoOx）直接生长的两个不同的结晶相，无论是钙钛矿SrCoO 3-δ或brownmillerite SrCoO2.5。重要的是，这两个相可以在显著降低的温度（200~300 °C）下在相当短的时间（< 1分钟）内可逆地转换，而不破坏母体框架。SrCoO_（3-δ）的快速低温氧化还原活性归因于两个拓扑相之间较小的吉布斯自由能差。这些结果为开发高灵敏度电化学传感器和低温阴极材料提供了有用的信息。
2013-08-26 cond-mat.mtrl-sci
Stabilization and heteroepitaxial growth of metastable tetragonal FeS thin films by pulsed laser deposition
利用脉冲激光沉积技术制备了亚稳态硫化亚铁（FeS），其体相为超导体，临界温度为4 K。综合实验揭示了四个重要因素，以稳定的tetraxFeS外延薄膜：（i）300 °C的最佳生长温度，随后热淬火，（ii）最佳生长速率约7 nm/min，（iii）使用高纯度的体靶，和（iv）使用单晶衬底与小的面内晶格失配（CaF 2）。电阻率测量结果表明，所有的薄膜都没有表现出超导性。虽然使用四硫化二铁外延膜作为沟道层来制造双电层晶体管结构以实现高密度载流子掺杂，但是没有观察到相变。缺乏超导性的可能原因包括晶格应变、膜的非化学计量、在栅极偏压下离子液体的电化学蚀刻以及器件制造期间的表面退化。
2019-03-21 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.supr-con
Origin of Wake-Up Effect in Hafnia
我们进行了密度泛函理论（DFT）计算的外延应变氧化物。我们证明了在电场的存在下，体相氧化物中的铁电相（$Pca2_{1}$）从反铁电相（$Pbcn$）稳定化。我们发现，极性（$Pca2_{1}$）相可以有效地稳定与适当的选择膜取向。我们表明，对于（010）取向的PbCN，铁电$Pca2_{1}$相可以达到一个相对较小的电场（$\mid\varepsilon\mid\geq 150$ KV/m）。因此，我们提供了一个简单的解释，通过电场循环，或唤醒效应，作为一个铁电相变由电场驱动的极化增强的实验观察。我们发现，相反，应力自由纯氧化物不会成为铁电任何合理的电场。因此，我们解释了铁电纯氧化物的唤醒效应和稳定性来自于在垂直于膜的电场下的外延应变的组合。我们发现，应变（或掺杂）主要是不稳定的斜锆石结构，使反铁电PbCN和铁电相可以形成。
2023-02-03 cond-mat.mtrl-sci
Thermodynamic and electronic properties of ReN$_2$ polymorphs at high-pressure
高压力合成的氮化物ReN全氮化物$_2$的晶体结构不寻常的过渡金属二氮化物和高值的硬度和体积模量吸引了显着的注意力，这个系统。我们研究了ReN $_2$的P2 $_1$ /c相的热力学和电子学性质，并将它们与文献中提出的其他两种多型相C2/m和P4/mbm相进行了比较。我们在零温度下的生成焓的计算表明，前一阶段是最稳定的三个压力p=170 GPa，其次是稳定的P4/mbm相在较高的压力。理论预测证实了金刚石对顶砧细胞合成的P4/$_2$在$\approx$ 175 GPa。在p=100 GPa的准谐近似下，考虑有限温度的影响，我们证明了P2 $_1$ /c相至少在1000 K时具有最低的形成自由能。我们的分析的压力依赖性的电子结构的x-nitride的pernitride显示存在两个电子拓扑转变约18 GPa，当费米表面改变其拓扑结构，由于一个新的电子口袋的外观在高对称性Y $_2$点的布里渊区，而颈部的中断发生稍微偏离$Γ$ -A线。
2021-09-20 cond-mat.mtrl-sci
Epitaxial growth of (111)-oriented LaAlO$_3$/LaNiO$_3$ ultra-thin superlattices
在极性（111）表面上由复合氧化物材料组成的单层或超晶格结构的外延稳定性受到界面处的重构的严重负担，这通常是为了中和极性而出现的。我们报道了高质量的LaNiO $_3$ /mLaAlO $_3$赝立方（111）超晶格的合成，该超晶格是在极性（111）取向的LaAlO $_3$上的，所提出的复合氧化物候选物用于拓扑绝缘行为。全面的X射线衍射测量、RHEED和元素特定共振X射线吸收光谱证实了它们的高结构和化学质量。该研究为制备界面和拓扑控制的（111）取向超晶格提供了一个机会。
2012-12-04 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Graphene stabilization of two-dimensional gallium nitride
石墨烯之外的二维（2D）材料的光谱为研究凝聚态物理中的新现象提供了一个显着的平台。在这些材料中，层状六方氮化硼（hBN）具有宽带隙能量（~5.0-6.0 eV），已明确确定2D氮化物是推进新型器件的关键1。然而，一个差距，仍然存在的理论预测的2D氮化物超越hBN和实验实现这样的结构。在这里，我们展示了通过一种新的迁移增强封装生长（MEEG）技术，利用外延石墨烯的二维氮化镓（GAN）的合成。我们从理论上预测和实验验证，通过MEEG生长的二维GAN的原子结构是显着不同的报道理论。此外，我们确定石墨烯在稳定直接带隙（近5.0 eV），2D屈曲结构中起着关键作用。我们的研究结果提供了一个基础，发现和稳定的新的二维氮化物，难以通过传统的合成。
2016-05-12 cond-mat.mtrl-sci
Increased magnetocrystalline anisotropy in epitaxial Fe-Co-C thin films with spontaneous strain
无稀土合金是永磁体研究的焦点，因为当今常规磁体所需的元素的可及性有限。四方应变铁钴（Fe-Co）由于理论计算而作为有希望的候选者引起了人们的极大兴趣。然而，在实验中，所施加的应变随着膜厚度的增加而迅速松弛，并且阻碍了强磁晶各向异性的稳定。在我们的研究中，我们表明，已经2原子%的碳大大减少晶格弛豫，导致形成自发应变相与3%的tetraorbic失真。在这些应变（Fe $_{0.4}$ Co $_{0.6}$）$_{0.98}$ C $_{0.02}$薄膜中，观察到大于0.4 MJ/m $^3$的磁晶各向异性，同时保持2.1 T的大极化。与二元Fe-Co相比，这是内禀磁性的显著改善。在本文中，我们将我们的实验工作与应变Fe-Co-C的理论研究联系起来，并发现非常一致。
2014-09-17 cond-mat.mtrl-sci
Effects of anharmonic strain on phase stability of epitaxial films and superlattices: applications to noble metals
采用局域密度近似，通过第一性原理总能量计算，研究了外延薄膜和体超晶格的外延应变能。在Cu/Au（晶格失配12%）、Cu/Ag（12%）和Ni/Au（15%）中，由于晶格失配较大而产生的非谐效应超出了谐波弹性理论的范围。我们发现，<001>对于Cu和Ni的双轴膨胀，这是弹性软方向，而<201>对于Cu，Ag和Au的大双轴压缩，这是弹性软方向。从共格应变和界面能的角度讨论了超晶格的稳定性。我们发现，在相分离体系中，如Cu-Ag，超晶格形成能随超晶格周期的增加而减小，界面能为正。超晶格在（001）衬底上最容易形成，在（111）衬底上最难形成。对于Cu-Au和Ag-Au有序体系，超晶格的形成能随周期的增加而增加，界面能为负。这些超晶格在（001）或（110）衬底上最容易形成，在（111）衬底上最难形成。对于Ni-Au，我们发现了一种混合行为：<111><001>在相分离系统中，超晶格沿着和类似，而对于它们，<110>它们的行为类似于有序系统。最后，最近的实验结果上的无序的Ni-Au和Cu-Ag合金，不混溶的散装形式的外延稳定，解释在不稳定的相分离状态，由于衬底和成分之间的晶格失配。
1997-11-18 cond-mat.mtrl-sci
Fatigue and retention in the growth window of ferroelectric Hf0.5Zr0.5O2 thin films
外延生长窗口的Hf0.5Zr0.5O2的建立考虑到主要的铁电性能，薄膜必须同时呈现：高的反射极化，低疲劳和长的保留。薄膜和压印领域中的缺陷取决于沉积温度和氧压，分别对疲劳和保持力产生影响。疲劳随着衬底温度和压力而增加，如果使用低温，则保持时间短。当考虑所有主要的铁电性质（剩磁、耐久性和保持性）时，铁电Hf0.5Zr0.5O2的外延稳定的生长窗口较窄，但沉积温度和压力范围仍然足够宽。
2020-08-17 cond-mat.mtrl-sci
Phase Competition and Rutile Phase Stabilization of Growing GeO2 Films by MOCVD
针对气相生长纯相金红石型二氧化锗薄膜的多晶型竞争难题，提出晶种驱动分步结晶策略，成功制备出部分外延的纯相r-GeO2薄膜，为亚稳相选择性气相生长提供通用路径。
2025-07-30 cond-mat.mtrl-sci
Growth, stabilization and conversion of semi-metallic and semiconducting phases of MoTe2 monolayer by molecular-beam epitaxy
单层（ML）过渡金属二硫属化物以不同的相存在，例如六方（2 H）和畸变八面体或单斜（1 T '）相。不同的结构表现出截然不同的性质。例如，2 H MoTe 2 ML是直接带隙半导体，而1 T 'MoTe 2是半金属。有人提出，2 H和1 T 'MoTe 2之间的形成能相差很小，因此很有可能调整MoTe 2的结构，从而带来新的应用，如相变电子学。在这项工作中，我们报告的生长2 H和1 T 'MoTe 2 ML的分子束外延（MBE）。通过改变分子束外延的生长条件和退火，我们证明了外延MoTe 2结构域的可调谐性。我们目前的实验和理论证据表明，在分子束外延过程中，Te表面吸附在促进和稳定，否则亚稳1 T '-MoTe 2的重要作用。
2016-12-19 cond-mat.mtrl-sci
Direct epitaxial integration of the ferromagnetic semiconductor EuO with silicon for spintronic applications
电荷和自旋自由度强烈相互作用的材料提供了被称为自旋电子学的应用。在基于巨磁电阻效应的金属自旋电子学取得巨大成功之后，人们在发展较少的半导体自旋电子学方面投入了巨大的努力，特别是以生产三端自旋电子器件为目标，例如自旋晶体管。这种技术的最重要的先决条件之一是将自旋极化载流子从铁磁半导体有效地注入到半导体中，优选地是目前用于工业应用的半导体中的一种，例如Si -现代电子学的主力。铁磁半导体EuO一直被认为是磁性半导体与Si集成的最佳候选材料。尽管EuO被证明为有效的自旋注入到硅中提供了最佳条件，并且尽管付出了相当大的努力，但迄今为止尚未证明在没有任何缓冲层的情况下在Si上直接外延稳定化学计量的EuO薄膜。在这里，我们报道了一种在亚单层水平上控制EuO/Si界面的新技术，这可能对Si上功能氧化物的生长具有普遍意义。使用这种技术，我们解决了一个长期存在的问题，直接外延生长在硅上的薄EuO薄膜，表现出结构和磁性的EuO体材料。这一结果为发展全半导体自旋电子器件开辟了新的可能性。
2014-07-21 cond-mat.mtrl-sci
Atomic Structure of Domain and Interphase Boundaries in Ferroelectric HfO$_2$
虽然在铁电多晶薄膜HfO $_2$中发现的各种多晶型物的电响应现在被很好地表征，但目前对这种新型材料的晶粒子结构知之甚少。特别是，域和相边界的形成需要调查，以更好地了解相位稳定，开关和相互转换。在这里，我们应用扫描透射电子显微镜来研究这些材料中边界的原子结构。特别是，我们发现正交/正交畴壁和连贯的正交/单斜晶界面在整个单个晶粒形成的边界。结果告知如何相间边界可以施加应变条件，可能是相稳定的关键。此外，界面边界壁附近的原子结构表明它们在偏压下的迁移率，这被推测为通过类似于畴边界运动的机制发生在钙钛矿准同型相边界系统中。
2017-09-23 cond-mat.mtrl-sci
Polymorph Engineering of the Layered Rare-Earth Magnet GdAlGe
National Research Center “Kurchatov Institute”（库尔恰托夫国家研究中心）；Far Eastern Federal University（远东联邦大学）；Institute of High Technologies and Advanced Materials, Far Eastern Federal University（远东联邦大学高等技术与先进材料研究所）；Institute of Automation and Control Processes FEB RAS（俄罗斯科学院远东分院自动化与控制过程研究所）；Kirensky Institute of Physics, Federal Research Center KSC SB RAS（基连斯基物理研究所，俄罗斯科学院西伯利亚分院科马罗夫科学中心联邦研究中心）
本研究通过相工程制备了层状多晶型GdAlGe外延薄膜，在超薄厚度下稳定并呈现各向异性铁磁态，为设计层状磁体提供了蓝图。
2026-09-09 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Investigations of metastable Ca2IrO4 epitaxial thin-films: systematic comparison with Sr2IrO4 and Ba2IrO4
采用脉冲激光沉积法在YAlO 3（110）衬底上制备了介稳Ca 2 IrO 4薄膜。外延生长的Ca_2 IrO_4薄膜为K_2NiF_4型四元结构。输运和光谱测量表明，Ca_2 IrO_4薄膜的电子结构与Jeff = 1/2自旋-轨道耦合莫特绝缘体Sr_2 IrO_4和Ba_2 IrO_4的电子结构相似，只是带隙能有所增加。由于Ca 2 IrO 4八面体旋转和倾斜的增加，导致电子相关性增强，U/W，因此可以预期Ca 2 IrO 4的带隙增加。我们的研究结果表明，亚稳相薄膜的外延稳定生长可以有效地用于研究层状铱酸盐和各种复合氧化物系统。
2016-05-19 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el cond-mat.supr-con
Effect of (001) and (111) Epitaxial Strain on \emph{Pnma} Perovskite Oxides
结合群论和第一性原理密度泛函理论，研究双轴应变对(001)和(111)取向钙钛矿氧化物薄膜的影响，发现应变取向导致不同行为，并揭示了面外单斜角弛豫对确定结构基态的关键作用。
2023-11-21 cond-mat.mtrl-sci
Enhancing ferroelectric stability: Wide-range of adaptive control in epitaxial HfO2/ZrO2 superlattices
本研究提出利用高质量外延(HfO2)n/(ZrO2)n超晶格解决HfO2极性相亚稳态问题，实现了大厚度范围内稳定的铁电性，并通过第一性原理计算揭示了界面形成能和相变动力学能垒对抑制非极性相的关键作用。
2025-07-01 cond-mat.mtrl-sci
Stabilization of a honeycomb lattice of IrO$_6$ octahedra in superlattices with ilmenite-type MnTiO$_3$
在对量子自旋液体的探索中，薄膜有望通过利用外延应变和二维性为控制实际材料中复杂的磁相互作用开辟道路。然而，与传统薄膜生长方法兼容的材料在很大程度上仍未开发。作为一个有前途的候选人对物质化的量子自旋液体在薄膜中，我们在这里提出了一个强大的钛铁矿型氧化物与蜂窝晶格的边缘共享IrO $_6$八面体人工稳定的超晶格形成与钛铁矿型反铁磁氧化物MnTiO $_3$。稳定的亚单位晶胞厚的Mn-Ir-O层与MnTiO $_3$同构，具有与尚未发现的钛铁矿型MnTiO $_3$对应的原子排列。通过自旋霍尔磁电阻测量，我们发现，反铁磁有序的钛铁矿Mn亚晶格中的MnO $_6$平面通过IrO $_6$平面的修改的磁相互作用被抑制。这些发现为创建二维Kitaev候选材料奠定了基础，加速了量子自旋液体特有的奇异物理和应用的发现。
2020-08-17 cond-mat.mtrl-sci
Correlation induced emergent charge order in metallic vanadium dioxide
在薄膜VO $_2$的生长和表征方面的最新进展表明，通过外延匹配可以显著地调节其电子特性。为了给“莫特工程”的概念带来新的启发，我们开发了一种一致的方法来处理应变下外延VO $_2$膜的结构畸变和电子相关性，并将我们的设计与直接实验探针进行比较。我们发现了强有力的证据，在金属相深处的相关驱动的电荷秩序的出现，我们的研究结果表明，外来相的VO $_2$可以控制外延稳定。
2020-05-06 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Gilbert Damping Parameters of Epitaxially-Stabilized Iron Gallium Thin Films from Ferromagnetic Resonance
The Ferroelectronics Laboratory, University of Michigan（密歇根大学铁电实验室）；Imec（imec研究所）；Department of Materials Science and Engineering, University of Wisconsin-Madison（威斯康星大学麦迪逊分校材料科学与工程系）
研究了 epitaxially-stabilized 铁镓薄膜的 Gilbert 阻尼参数，发现其随镓浓度增加而减小，揭示了磁弹性耦合与阻尼变化的关系。
2026-01-20 cond-mat.mtrl-sci
Epitaxially Stabilized EuMoO3: A New Itinerant Ferromagnet
亚稳相的合成往往会在材料中开辟新的功能，但这是一个具有挑战性的课题。薄膜技术具有形成自然界中不存在的材料的优点，因为经常使用非平衡过程。在这项研究中，我们通过脉冲激光沉积成功地合成了外延稳定的钙钛矿Eu 2 + Mo 4 +O3新化合物的薄膜形式。类钙钛矿结构的SrMoO3是一种高导电顺磁材料，但Eu2+和Mo4+在平衡状态下并不相容，前人的研究发现更稳定的烧绿石Eu23+Mo24+O7更易形成。通过使用同构钙钛矿衬底，膜和衬底之间的界面能的增益稳定了亚稳EuMoO3相。该化合物表现出高电导率和大磁矩，分别源自Mo 4d2电子和Eu 4f7电子。我们的结果表明，外延稳定化不仅对稳定晶体结构有效，而且对形成含有不稳定离子价态组合的新化合物也有效。
2012-09-10 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Growth and characterization of planar hexagonal Ge on CdS
Politecnico di Milano（米兰理工大学）；Università di Milano-Bicocca（米兰比可卡大学）；Consiglio Nazionale delle Ricerche (CNR)（意大利国家研究委员会）
研究六方IV族半导体在平面异质结构中稳定的挑战，通过低能等离子体增强化学气相沉积在CdS衬底上生长平面六方锗，研究生长温度作用，揭示其晶体结构、缺陷机制等，确立CdS为稳定模板并提供应变弛豫见解。
2026-07-28 cond-mat.mtrl-sci
In-situ Investigation of the Early Stage of TiO2 epitaxy on (001) SrTiO3
我们报告了一个系统的研究的外延TiO 2薄膜的生长脉冲激光沉积钛终止（001）SrTiO 3单晶。通过原位反射高能电子衍射、低能电子衍射、X射线光电子能谱和扫描探针显微镜的研究，我们发现在Sr-Ti-O（001）相稳定化之前，先生长了一层厚度为2 ~ 4 nm的假晶Sr-Ti-O中间层。数据表明，该相的形成与激活从衬底到膜的长距离Sr迁移有关。讨论了界面吉布斯能最小化作为Sr扩散驱动力的作用。我们的研究结果丰富了Sr-Ti-O系在外延应变下的相图，并打开了粗糙缺陷的SrTiO相。
2011-03-10 cond-mat.mtrl-sci
