A Microscopic Model of Ferroelectricity in Stress-free PbTiO3 Ultrathin Films
利用第一性原理计算得到的微观有效哈密顿量研究了PbTiO 3薄膜的基态极化。在短路电边界条件下，厚度低至三个晶胞的（001）薄膜具有垂直极化的铁电基态，且表面极化显著增强。
2000-03-16 cond-mat.mtrl-sci
Quantum Size Effect on Dielectric Properties of Ultrathin Metallic Film: A First-Principles Study of Al(111)
金属薄膜各种性质的量子尺寸效应（QSE）的量子表现已被广泛研究。本文利用第一性原理计算，研究了Al（111）薄膜介电特性的量子化现象。介电函数上的QSE被揭示，这是由于带内和带间电子跃迁的尺寸依赖性贡献。更重要的是，在1.5~ 2.5eV的能量范围内，薄膜厚度小于15个单层时的面内带间跃迁小于体材料。这表明Al的等离子体材料以薄膜的形式具有较少的能量损失。我们的研究结果可能有助于通过量子尺寸效应寻找低损耗的等离子体材料。
2014-04-22 cond-mat.mtrl-sci
Enhanced ferrimagnetism in auxetic NiFe2O4 in the crossover to the ultrathin film limit
我们研究了亚铁磁性氧化物NiFe 2 O 4的磁性，电子和结构性质之间的敏感相互作用。重点是放在从散装的交叉降维的影响，以减少薄膜。我们观察到Nb-SrTiO 3（001）衬底上的NiFe_2 O_4薄膜在面内外延压缩应变下的饱和磁化强度$M_S$的增强与面外晶格常数的降低同时发生。我们发现了一个大容量的阳离子配位的反尖晶石晶格独立的NiFe 2 O 4膜厚度-从而排除了阳离子反转，名义上可以占增强的$M_S$。相反，我们的研究揭示了单位晶胞体积的减少，即拉胀行为在NiFe 2 O 4薄膜，这可能会导致增强的磁交换所造成的原子间电子本地化的增加。
2014-10-31 cond-mat.mtrl-sci
Interface effects in ferroelectric PbTiO$_3$ ultrathin films on a paraelectric substrate
采用原子间相互作用势方法研究了沉积在SrTiOPDMATHABMM衬底上的PbTiOPDMATHABMM铁电薄膜的界面效应。我们发现，在薄膜/衬底界面的原子位移的相关性是至关重要的稳定的铁电状态的薄膜几个单位细胞厚。我们表明，最小膜厚度的外观的自发极化畴状态是不是铁电薄膜的本征性质，但依赖于顺电衬底的极化率。我们还观察到，基板显示出一个不寻常的振荡行为的诱导极化。
2006-03-15 cond-mat.mtrl-sci
Surface Reactivity Enhancement by O2 Dissociation on a Single-layer MgO Film Deposited on Metal Substrate
由于它们在表面催化反应中的重要应用，提高绝缘表面上的反应性至关重要。本文采用第一性原理计算研究了O2在金属衬底上沉积的单层MgO（100）薄膜上的吸附。吸附构型，反应途径，分子动力学模拟，和电子性质的报告。我们发现，O2可以完全解离在表面上，这是形成鲜明对比的MgO（100）膜厚超过一个单层。解离的O2倾向于渗透到界面区域，表现得像开关一样触发随后的化学反应。例如，水和界面氧之间的相互作用导致羟基自由基的形成。该研究为实现所需的表面催化反应，特别是涉及氧气的表面催化反应铺平了道路。
2016-08-15 cond-mat.mtrl-sci
Manipulation of magnetization in Pd(100) ultrathin films with quantum well structure using modification of Schottky barrier potentials
通过改变量子阱的量子态，利用外加偏压对Pd（100）Pd薄膜的磁化强度进行了调控。Pd/SrTiO $_{3-x}$ /Ti/Au的磁矩电压依赖性本质上取决于Pd膜的厚度。磁矩的感应变化是由于Pd薄膜和半导体SrTiO $_{3-x}$衬底之间的界面处的相移的调制。
2019-01-28 cond-mat.mtrl-sci
Optical imaging of antiferromagnetic domains in ultrathin CoO(001) films
Fudan University（复旦大学）；University of California, Davis（加州大学戴维斯分校）
利用磁光双折射效应，研究超薄CoO(001)薄膜中反铁磁域的成像及外部场下演变机制。
2020-03-28 cond-mat.mtrl-sci
Absence of Critical Thickness in an Ultrathin Improper Ferroelectric Film
我们利用密度泛函理论研究了氧封端的六方YMnO $_3$超薄膜的铁电稳定性和表面结构特性。在开路边界条件下，自发极化垂直于（0001）面的铁电态在单畴态下是亚稳的，尽管存在去极化场.我们建立了一个连接的结果和不适当的铁电转变的作用。我们的研究结果意味着，不适当的铁电薄膜可以有相当独特的性质，是不同于那些非常薄的普通铁电薄膜。
2008-09-08 cond-mat.mtrl-sci
Ultrathin oxides: bulk-oxide-like model surfaces or unique films?
为了更好地理解宽禁带氧化物表面在原子尺度上的电子和化学性质，实验工作集中在金属衬底上的外延膜上。最近的研究结果表明，这些薄膜比以前认为的要薄得多。这引起了怀疑的结果的转移到较厚的薄膜和散装晶体的表面性能。通过密度泛函理论和近似GW的电子光谱的修正，我们证明了三个特征的宽禁带氧化物（二氧化硅，氧化铝，和氧化硅）的基板的影响和突出的关键差异的氧化硅薄膜和表面的散装材料。我们的研究结果表明，单层薄氧化物膜具有相当独特的性能。
2007-07-13 cond-mat.mtrl-sci
Substoichiometric ultrathin zirconia films cause strong metal-support interaction
强的金属-载体相互作用（SMSI）导致氧化物负载的催化剂在还原条件下退火后的性质发生实质性变化。通常的解释是在金属颗粒上形成了大量还原的氧化物薄膜。对于可还原的氧化物，例如TiO 2或Fe3O4，通常会遇到这种情况。氧化锆（ZrO2）是一种典型的催化剂载体，难以还原，因此没有明显的SMSI效应候选物。在这项工作中，我们使用的逆模型系统与Rh（111），Pt（111），Ru（0001）作为支持。与预期相反，我们表明，SMSI遇到氧化锆。在超高真空中退火后，在所有三个衬底上形成缺氧的氧化锆薄膜（$\approx$ ZrO $_{1.5}$）。然而，Zr保持在其优选的4+电荷状态，因为电子被转移到下面的金属。在高温下，ZrO2薄膜的稳定性取决于Zr和基体金属是否发生合金化。SMSI效应是可逆的;氧化物薄膜可以通过在氧气中退火来去除。
2019-10-17 cond-mat.mtrl-sci
Chiral asymmetry of the spin-wave spectra in ultrathin magnetic films
我们提出的可能性，手征简并的磁振子在薄膜中可以解除由于存在的Dzyaloshinskiii-Moriya相互作用。通过使用简单的对称性参数，我们讨论了在何种条件下发生这样的手征不对称。然后我们对W（110）上的Fe单层进行了相对论性第一性原理计算，明确地揭示了波矢平行于（001）方向时自旋波谱的不对称性。此外，我们定量解释我们的结果在一个简化的自旋模型，通过使用计算Dzyaloshinskiii-Moriya矢量。我们的理论预测应该激发实验来探索自旋波的不对称性，特别强调测量薄膜中Dzyaloshinskiii-Moriya相互作用的可能性。
2009-01-19 cond-mat.mtrl-sci
Morphologies and kinetics of a dewetting ultrathin solid film
采用基于几何偏微分方程的表面演化模型，数值研究了具有强各向异性表面能的固体薄膜表面局部针孔缺陷的脱湿动力学和动态形貌。取决于参数，如初始深度和宽度的针孔，有吸引力的基板电位的强度和强度的表面能各向异性，针孔可以延伸到基板，从而破裂的膜，或演变成准平衡的形状，而其余的膜表面经历相分离成一个山和谷的结构，然后粗化。对于深的、窄的（狭缝状）针孔，悬垂（非图形）形态是可能的。
2008-04-11 cond-mat.mtrl-sci
Skyrmion morphology in ultrathin magnetic films
氮空位磁显微镜是一种非侵入性、高分辨率的工具，可以在淬灭模式下研究磁性薄膜中孤立的Skyrmions的形态。研究发现，局部钉扎效应和磁场历史对skyrmion的尺寸和形状有很大影响。微磁模拟，包括静态无序，基于一个物理模型的晶粒到晶粒的厚度变化，再现所有的实验观察，并揭示了无序和磁历史的关键作用，在稳定的skyrmions在磁性薄膜。这项工作开辟了深入了解真实，无序介质中的skyrmion动力学的道路。
2017-12-20 cond-mat.mtrl-sci
Ultrathin films of ferroelectric solid solutions under residual depolarizing field
采用第一性原理方法研究了在不同力学边界条件下，非补偿去极化电场对Pb（Zr，Ti）O $_3$薄膜性质的影响.发现了丰富多样的铁电相和极化模式，这取决于应变和表面电荷屏蔽量之间的相互作用。实例包括三斜相、具有偏振的面内和/或面外分量的单斜态、均匀和不均匀的四斜态以及特有的层状纳米畴。
2004-03-18 cond-mat.mtrl-sci
Spin transfer in ultrathin BiFeO3 film under external electric field
第一性原理计算结果表明，上自旋和下自旋载流子积累相邻的BiFeO3（BFO）薄膜的相对表面与外加偏压。自旋载流子的大小相等，方向相反，下自旋载流子向与外电场相反的方向移动，而上自旋载流子则沿电场方向移动。这种新颖的自旋转移特性使得BFO薄膜在自旋电容器和基于BFO的多铁性场效应器件中具有诱人的应用前景。
2013-03-04 cond-mat.mtrl-sci
Intrinsic Origin of Enhancement of Ferroelectricity in SnTe Ultrathin Films
先前的研究表明，随着铁电薄膜变薄，它们的居里温度（Tc）和低于Tc的极化都典型地降低。相反，最近的一项实验[Chang et al.，Science 353，274（2016）]观察到原子厚度的SnTe膜具有比其本体对应物更高的Tc，这归因于外部效应。在这里，我们发现，使用第一性原理计算，即0 K的能量势垒的极化开关（这是一个数量直接相关的Tc）是最高的研究无缺陷的SnTe薄膜比散装SnTe，和5单元电池（UC）的SnTe薄膜具有最大的能量势垒作为杂交相互作用和泡利排斥之间的相互作用的结果。进一步的模拟，采用目前开发的有效哈密顿量，确认独立的无缺陷的SnTe薄膜具有较高的Tc比散装SnTe，除了1-UC的情况下。因此，我们的工作表明，通过减少其厚度，本质上提高铁电薄膜的可能性。
2018-05-10 cond-mat.mtrl-sci
Insulating phase at low temperature in ultrathin La0.8Sr0.2MnO3 films
在厚度大于5个晶胞的La_（0.8）Sr_（0.2）MnO_3薄膜中观察到金属-绝缘体转变。在6 ~ 10个单胞厚度范围内的超导薄膜中，出现了低温绝缘相，并且发现低温绝缘相中Mott变程跳跃导电占主导地位，薄膜越薄，局域化长度越小。通过像差校正的扫描透射电镜和电子能量损失谱研究发现，在厚度小于或等于10个晶胞的薄膜中，氧含量不足，Mn价态降低。这些结果表明，薄膜中氧空位的存在抑制了双交换机制，有利于无序度的增强，导致居里温度的降低和低温绝缘相的形成。此外，在较薄的薄膜的磁性能的抑制表明更强的磁矩的无序，这被认为是本地化长度的这种减少的原因。
2016-07-03 cond-mat.mtrl-sci
Unusual vortex structure in ultrathin Pb(Zr$_{0.5}$Ti$_{0.5}$)O$_3$ films
利用第一性原理方法，我们确定了PbZr $_{0.5}$ Ti $_{0.5}$ O $_3$薄膜的铁电图形.结果表明，在系统中形成了涡旋条纹，它们是观测到的180个$^\circ$畴的原因。当外加一个局部外场时，涡旋条纹转变为涡旋环结构，导致在场区中心形成一个极化方向与外场反平行的小畴。这可以提供一种方便的方式来操纵薄膜中的纳米畴。
2004-07-27 cond-mat.mtrl-sci
Control of defect-mediated tunneling barrier heights in ultrathin MgO films
利用光学吸收光谱和导电原子力显微镜研究了氧空位对射频溅射MgO薄膜局域隧穿特性的影响。在MgO生长期间将O $_2$添加到Ar等离子体中改变了氧缺陷群体，从而导致改善的局部隧穿特性，诸如较低的电流热点密度和较低的隧穿电流幅度。我们讨论了一个基于缺陷的潜在景观跨MgO的障碍。
2010-11-22 cond-mat.mtrl-sci
Domain evolution of BaTiO3 ultrathin films under electric field: a first-principles study
采用第一性原理方法研究了（001）BaTiO 3（BTO）双金属氧化物薄膜中条状纳米畴的形貌和电场诱导演化，并与（001）Pb（Zr，Ti）O3（PZT）双金属氧化物薄膜中的条状纳米畴进行了比较. BaTiO_3系统在零电场下表现出180 °的周期性条纹畴，与PZT薄膜一样。然而，在BTO系统中的条纹沿着[1-10]交替，而在PZT系统中的条纹沿着[010]交替，并且在BTO薄膜中没有出现面内表面偶极子（与PZT材料不同）。此外，当沿[001]施加和增加电场时，BaTiO 3系统中180 °条纹畴的演变涉及四个区域：区域I，其中下偶极子的大小（即，与电场反平行的那些）减小，而畴壁不移动;区域II，其中邻近畴壁的一些局部下偶极子切换它们的方向，从而导致标记的畴壁-其中整体条纹周期性不变;区域III，其中产生纳米气泡，然后沿着[110]收缩并最终塌陷;和与单个单结构域相关的区域IV。这种演变不同于PZT薄膜的演变，PZT薄膜既不存在区域I，也不存在标记的畴壁，并且气泡沿着[100]收缩。讨论了这些差异。
2006-10-24 cond-mat.mtrl-sci
Periodic elastic nanodomains in ultrathin tetrogonal-like BiFeO3 films
利用同步辐射掠入射X射线衍射分析了在LaAlO 3衬底上生长的高应变BiFeO 3薄膜的电畴结构和极对称性。我们揭示了存在的周期性的弹性纳米畴在纯四边形的BFO薄膜的厚度下降到6 nm。公开了一种独特的剪切应变调节机制。我们进一步证明了纳米畴的周期性随膜厚度增加而增加，但偏离了经典的Kittel平方根定律，在100 μ m厚度范围内（6 - 30 nm）。温度依赖性实验还揭示了由于MC-MA结构相变，90 ℃以上的周期性调制消失。
2013-08-05 cond-mat.mtrl-sci
Perpendicular anisotropy of ultrathin epitaxial cobalt films on graphene
石墨烯由于其长自旋寿命和高迁移率而对自旋电子学具有吸引力。到目前为止，只有厚的多晶板被用作铁磁电极。我们报道了在石墨烯上生长的平坦的外延Co-Co薄膜。在0.5- 1 nm的厚度范围内，它们显示出垂直磁各向异性，这是由理论证实的。PMA、外延和石墨烯厚度为基于石墨烯的自旋电子器件带来了新的前景，例如任意磁化方向的零场控制、电极和石墨烯之间的能带匹配以及诸如Rashba和电场控制磁性的界面效应。
2010-04-09 cond-mat.mtrl-sci
Metal-insulator transition in ultrathin LaNiO3 films
运输的LaNiO 3的双金属薄膜演变为一个强烈的本地化字符作为膜的厚度减小，薄层电阻达到一个值接近h/e2，在两个维度的量子电阻。在中间制度，量子修正德鲁德低温电导率观察到，它们是准确地描述了弱局域化理论。值得注意的是，在这个制度的负磁阻是各向同性的，这指向磁散射与系统的接近自旋玻璃状态或在其他稀土镍酸盐中观察到的电荷有序的反铁磁状态。
2011-06-09 cond-mat.mtrl-sci
Electric-field switching magnetization and spin transfer in ultrathin BiFeO3 film
第一性原理密度泛函理论计算表明，在外加电场作用下，BFO薄膜的磁化强度可以达到90 °的翻转。正场表面出现上旋载流子，负场表面出现下旋载流子，这是由于Fe-t2 g轨道的重新分布引起的。R相薄膜表面Fe-3d态的半金属性使其成为具有电场可调FM磁化反转的AFM/FM双层异质结构的候选材料，为设计自旋电子多铁性材料开辟了新的途径。该BFO/FM双层膜的界面交换偏置效应主要由Fe-t2 g轨道重构以及自旋转移和重排驱动。
2013-01-31 cond-mat.mtrl-sci
The Structure of Ultrathin Ag Films on Pd(111)
我们对Pd（111）表面上的Ag薄膜进行了从头算密度泛函计算。计算了Ag/Pd体系的结构性质和电子能带。在Pd（111）表面的二维布里渊区中心附近的电子态密度中存在带隙，这使得在吸附的银膜中形成局域态成为可能。我们发现，量子阱态可以形成在结合能约4 eV。
2004-11-17 cond-mat.mtrl-sci
Delicate competing electronic states in ultrathin manganite films
研究了105 K时La 2/3Sr 1/3 MnO 3（LSMO）薄膜的电输运性质与SrTiO 3（STO）衬底结构相变之间的耦合关系。我们发现，LSMO膜的电阻率在Ts处呈现尖点，通过将膜调谐到金属相和绝缘相的边缘，即，两个微妙的竞争电子状态的边界。我们的研究结果表明，少量的应变可以打破竞争相互作用的微妙平衡，并调整相关电子材料的电子性质。
2017-01-27 cond-mat.mtrl-sci
X-ray magnetic circular dichroism study of epitaxial magnetite ultrathin film on MgO (100)
用X射线磁圆二色性（XMCD）研究了等离子体辅助氧化法在MgO（100）衬底上制备的Fe_3 O_4外延薄膜的自旋和轨道磁矩。该薄膜保留了相当大的总磁矩，即（2.7 ± 0.15）uB/f. u.，这是块状Fe 3 O 4的约70%。一个显著的非猝灭轨道矩高达（0.54 ± 0.05）uB/f. u。这可能是由于在Fe_3 O_4/MgO界面处的对称性破缺引起的。这种相当大的轨道矩将在通过电场的磁化反转中增加基于Fe 3 O 4的自旋电子器件的容量。
2015-09-11 cond-mat.mtrl-sci
Thickness evolution of coercivity in ultrathin magnetic films
利用考虑外延生长表面粗糙度的理论模型，研究了外延薄膜面内磁化反转的厚度演化。在Néel模型的指导下，单层高度岛的台阶边缘位置除了在所有位置处的四倍各向异性之外还被分配了两倍各向异性。矫顽力被发现基本上取决于膜的厚度和最顶层的部分覆盖。它的定性特征主要由样品的几何形状和与畴壁能量相比的台阶各向异性的大小来确定。静磁相互作用改变了定量的结果，但不是定性的。通过比较包含和不包含它们的计算，可以理解它们的影响。
1998-08-27 cond-mat.mtrl-sci
Quantum size effect on the dissociation of O2 molecules on ultrathin Pb(111) films
采用第一性原理计算方法，系统地研究了O $_2$分子在不同厚度Pb（111）薄膜上的解离过程.在揭示O $_2$分子吸附前体态的基础上，进一步探讨了Pb（111）表面上存在两个近简并吸附态，而Mg（0001）和Al（111）表面上完全不存在前体吸附态的原因.分析了其原因是表面电子结构的不同。对于O $_2$的解离，我们考虑了气体和分子吸附O $_2$分子的反应通道。我们发现O $_2$从分子吸附前体态解离的能垒总是小于O $_2$从气体解离的能垒。不同Pb（111）膜上的最有利解离过程相同，能垒受Pb（111）膜的量子尺寸效应的调制.
2010-01-26 cond-mat.mtrl-sci
Loss of anisotropy in strained ultrathin epitaxial L10 Mn-Ga films
在本工作中，我们研究了应变对室温下Mn-Ga薄膜磁性能的影响。在Cr缓冲MgO（001）衬底上生长了两种不同的Mn-Ga组分，其中一种还掺杂了Co。厚度低于12 nm的膜是高度应变的，并且观察到c/a与厚度的比率取决于组成。使用c/a作为序参量的PMA被证明是急剧减少，随着应变的增加。当推广和缩小从> 20 nm的薄膜获得的结果时，应考虑这些发现。此外，已经表明，可以通过引入额外的Pt缓冲层来降低应变，从而对于低至6 nm的厚度保持高PMA。
2013-06-14 cond-mat.mtrl-sci
Appearance of ferromagnetism in Pt(100) ultrathin films originated from quantum-well states
在SrTiO_3（100）衬底上沉积的Pt（100）薄膜中观察到铁磁性。出现在厚度为2.2-4.4 nm的膜中的铁磁性根据膜厚度以大约1 nm（5-6个单层）的周期性地变化。这与从薄膜中形成的量子阱态导出的周期一致。X射线磁性圆二色性测量表明Pt（100）超薄膜具有内禀铁磁性。此外，目前的结果表明，纯Pt的轨道磁矩是远远小于Pt/铁磁多层系统的可能性。这些结果将为Pt组分中大的磁各向异性的起源提供一个潜在的新机制。
2022-11-10 cond-mat.mtrl-sci
Ultrathin epitaxial ferroelectric films grown on compressive substrates: Competition between the surface and strain effects
利用平均场Landau型理论分析了生长在不同立方衬底上的外延铁电薄膜的极化特性，这些薄膜在薄膜平面内产生双轴压应力。通过外推长度的概念考虑了薄膜表面对自发极化的本征影响。该理论同时考虑了厚衬底对薄膜晶格施加的失配应变的影响。数值计算进行了PbTiO 3和BaTiO 3薄膜的表面层的极化减少的假设下。薄膜的平均偏振计算为膜厚，温度和失配应变的函数。结果表明，由于薄膜晶格的面内压缩，外延薄膜中的负本征尺寸效应减小。在室温下，平均极化的强烈降低可能只发生在薄膜（厚度~ 1 nm）。理论预测进行了比较与现有的实验数据上生长的SrRuO 3涂层SrTiO 3的钛酸钡薄膜的极化特性。
2001-11-12 cond-mat.mtrl-sci
Spontaneous Distortion and Ferromagnetism Induced by Quantum-well States in Pd(100) Ultrathin Films
利用X射线晶体截断棒测量和密度泛函方法研究了Pd（100）Ni-P薄膜的晶体结构，发现Pd（100）Ni-P薄膜具有量子限制效应引起的铁磁性.与顺磁性Pd相比，由于Pd中铁磁性的出现而导致的能量增益导致铁磁性Pd膜的膜生长更平坦和均匀。此外，铁磁性Pd膜扩大晶格常数，以抑制伴随着交换分裂的发生的电子的动能的增加。虽然传统的金属磁性理论表明，态密度的增加会引起铁磁性（Stoner判据），但我们的发现揭示了一种通过铁磁性的出现来调制态密度的机制，即，斯通纳理论的逆机制
2016-12-19 cond-mat.mtrl-sci
Prediction of thickness limits of ideal polar ultrathin films
电子重构与原子重构之间的竞争是过渡金属氧化物中经常出现的主题。我们使用密度泛函理论计算来研究这种竞争的模型系统组成的极性，无限层结构ACuO2（A=Ca，Sr，Ba）生长在非极性，钙钛矿SrTiO 3基板的薄膜。预测从块状平面结构到链式薄膜的过渡伴随着电子结构的实质性变化的SrCuO 2膜小于5个晶胞厚度。一个分析模型解释了为什么原子重建变得比电子重建更有利的薄膜变得更薄，并建议类似的考虑应该是有效的其他极性薄膜。
2012-03-26 cond-mat.mtrl-sci
Terahertz ellipsometry study of the soft mode behavior in ultrathin SrTiO3 films
我们提出了一个联合研究与传统的远红外和时域太赫兹椭圆偏振的SrTiO 3薄膜（85和8.5 nm），通过脉冲激光沉积LSAT衬底上生长的温度相关的光学响应。我们表明，太赫兹椭圆偏振是非常敏感的这些薄膜的光学响应，特别是软模式的SrTiO 3。我们表明，对于85 nm的薄膜的软模式的本征频率强烈降低退火在1200 C，而对于8.5 nm的薄膜，它是hardy影响。对于后者，退火后的模式保持在125 cm-1在300 K和仅表现出弱软化到约90 cm-1在10 K。这表明，由于LSAT衬底，该抗拉膜几乎不经历压缩应变的任何松弛。
2015-12-03 cond-mat.mtrl-sci
Homogeneous switching in ultrathin ferroelectric BaTiO3 films
BaTiO_3薄膜的开关动力学研究证实了BaTiO_3薄膜中存在均匀的无畴开关。我们认为，均匀开关是所有铁电材料的共同现象。
2012-04-21 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Properties of Pb(Zr,Ti)O$_3$ ultrathin films under stress-free and open-circuit electrical boundary conditions
采用第一性原理方法模拟了（001）PbO封端的Pb（Zr $_{1-x}$ Ti $_{x}$）O $_3$薄膜在无应力和开路边界条件下的性质.它们的低温自发极化从未消失到最小厚度，并且<010><110>当在x=0.50附近改变Ti成分时，在面内和方向之间连续旋转。这种旋转显著地增强了压电性和介电性。此外，当从块体到薄膜时，一些相变的顺序改变。
2004-10-29 cond-mat.mtrl-sci
Inversion Symmetry Breaking in Epitaxial Ultrathin Bi (111) Films
该研究在InSb衬底上外延生长Bi(111)超薄膜，发现界面作用导致反演对称性破缺，并证实表面态拓扑平凡，阻止了半金属-半导体转变。
2025-04-21 cond-mat.mtrl-sci
In-plane angular dependence of the spin-wave nonreciprocity of an ultrathin film with Dzyaloshinskii-Moriya interaction
用布里渊光散射测量了自旋波在Pt/Co/Ni多层膜中的非互易传播。由于界面Dzyaloshinskiii-Moriya相互作用（Dzyaloshinskiii-Moriya interaction），频率非互易性对磁振子波矢和所施加的磁场之间的面内角度具有正弦依赖性。的结果，这是在良好的协议与分析预测报告较早，产生一个值的磁振子色散关系的研究，这是相同的，以前获得的一个常数。我们已经证明，我们的磁振子动力学为基础的方法可以实验确定的多层薄膜的介电常数。
2015-06-03 cond-mat.mtrl-sci
Strain induced metal-insulator transition in ultrathin films of SrRuO$_3$
薄膜极限已被证明是一个不寻常的低维物理丰富的游乐场。以SrRuO $_3$为例，它在体极限下是铁磁性和金属性的，人们发现，当生长在SrTiO $_3$上时，它在三个单层极限下变成反铁磁性和绝缘的。绝缘状态的起源追溯到强烈的轨道相关的交换分裂。然后发现SrTiO $_3$衬底的1%的适度压缩应变驱动系统进入高度受限的二维100%自旋极化金属态。这种由适度应变驱动的金属-绝缘体转变在两态器件应用中可能很有用。
2014-08-20 cond-mat.mtrl-sci
Improper ferroelectricity in ultrathin hexagonal ferrites film
针对超薄非本征铁电六方铁氧体薄膜铁电性抑制的定量认知缺失问题，研究者通过原位RHEED研究外延h-ScFeO3薄膜的相变，结合界面钳制模型与朗道理论解释居里温度的厚度依赖性，发现临界厚度与界面钳制层特征长度成正比，为实现超薄薄膜稳定非本征铁电性提供指导。
2023-02-13 cond-mat.mtrl-sci
Atomic-scale theory of robust out-of-plane ferroelectricity in ultrathin films
University of Alabama at Birmingham（阿拉巴马大学伯明翰分校）；Rutgers University（罗格斯大学）
提出原子尺度理论框架，通过考虑薄膜终止层的功函数，揭示自极化和终止层可切换角色效应，解释超薄膜中稳健铁电性的起源。
2026-06-23 cond-mat.mtrl-sci
Stabilized Interfacial Ferromagnetism and Enhanced Magnetoelectric Properties of Ultrathin FeRh Films Capped with Heavy Transition Metal Ta
近年来，人们对FeRh薄膜进行了广泛的研究，并在实验中广泛观察到了一种依赖于衬底和帽盖的界面铁磁性。然而，这种界面铁磁性的电压调制几乎没有研究，这将在反铁磁（AFM）FeRh基磁电随机存取存储器（MeRAM）中有深远的应用。利用从头算方法，我们比较研究了重过渡金属Ta包覆的FeRh薄膜的界面铁磁性质和磁电响应。我们发现Ta的覆盖逆转了1.5 nm以下的FeRh薄膜的相稳定性，并使铁磁相和界面铁磁性稳定。此外，小的磁矩为2.2 $μ_B$的相邻的Fe原子，无论磁性配置和膜厚度，诱导Ta盖帽。与FeRh/MgO双层膜相比，三层膜的磁各向异性（AFM的面内磁各向异性、FM和界面FM重构三层膜的垂直磁各向异性）和磁电响应均有所增强。此外，在FM相位中的VCMA行为从$\vee$形变为线性。研究结果表明，重金属包覆和电场对FeRh薄膜的磁有序性有明显的调控作用，对FeRh合金在磁存储和反铁磁自旋电子学中的应用具有重要的推动作用。
2020-02-13 cond-mat.mtrl-sci
Thermodynamic approach to the dewetting instability in ultrathin films
薄膜中经典去湿不稳定性的流体动力学是一个非线性过程。然而，在特征长度和时间尺度方面的不稳定性的物理表现可以通过薄膜动力学的初始条件的线性化形式来描述。或者，基于将自由能降低速率等同于粘性耗散的热力学方法[de Gennes，C. R. Acad. [298]可以提供类似的信息。在这里，我们已经评估了去湿的存在下所产生的薄膜厚度（h）依赖于温度的热毛细作用力。这种情况可以在脉冲激光熔化金属薄膜的过程中发现，其中纳米级效应导致局部h依赖性温度。热力学方法提供了一个分析描述这种热毛细去湿。只要使自由能的减小率等于粘性耗散的最小值，这种方法的结果与线性理论和实验观察的结果是一致的。产生这种最小粘性耗散的流动边界条件是当膜-基底切向应力为零时。这一发现的物理含义是，自发脱湿不稳定遵循的路径的能量损失率最小。
2010-01-30 cond-mat.mtrl-sci
Ferroelectricity and tetragonality in ultrathin PbTiO3 films
在外延生长的c轴取向的PbTiO_3薄膜中，厚度从500埃到24埃，四方性随厚度的演变已被探测到。高分辨率的X射线指出，随着膜厚度的减小，c轴晶格参数在200埃以下系统地减小。使用第一性原理模型哈密顿方法，四方性的减少与归因于残余未屏蔽去极化场的存在的极化的减少有关。结果表明，低于50埃的薄膜显示出显着降低的极化，但仍然保持铁电。
2004-10-01 cond-mat.mtrl-sci
Size effects and conductivity of ultrathin Cu films
我们提出了一个模型，用于描述金属薄膜的输运性质的大尺度板厚。该模型基于在密度泛函理论的框架内使用{ \it ab initio}计算在弛豫时间近似下求解线性化Boltzmann方程。的弛豫时间的表达式是来自散射过程的微观处理，并提供了正确的厚度依赖性非常薄，以及非常厚的膜。应用该方法计算了1 ~ 32个单层厚度范围内的Cu（001）薄膜的面内电导率和Drude型等离子体频率。
2004-06-04 cond-mat.mtrl-sci
Interfacial Dzyaloshinskii-Moriya interaction in perpendicularly-magnetized Pt/Co/AlO$_x$ ultrathin films measured by Brillouin light spectroscopy
采用Damon-Eshbach几何条件下的布里渊散射光谱研究了不同Co厚度（0.6-1.2 nm）的Pt/Co/AlO $_x$ /Pt薄膜中的自旋波.测量结果表明，一个显着的非互易传播，这与减少Co厚度增加。这种非互易性归因于界面的Dzyaloshinskiii-Moriya相互作用（Dzyaloshinskii-Moriya interaction），这种相互作用明显强于这种模式的表面各向异性引起的不对称性。结果是一致的界面的极化常数$D_s = -1.7 \pm 0.11$ pJ/m，这有利于左手手性自旋结构。这表明厚度低于1 nm的这种薄膜应该支持像skyrmions这样的新手性态。
2015-03-01 cond-mat.mtrl-sci
Ultrathin ferrimagnetic GdFeCo films with very low damping
铁磁材料作为自旋电子器件中的磁活性元件占主导地位，但具有诸如大杂散场和低操作频率的缺点。补偿亚铁磁体提供了一种替代方案，因为它们将反铁磁体的超快磁化动力学与铁磁体类自旋轨道扭矩（SOT）行为相结合。然而，为了在自旋电子器件中使用亚铁磁体，它们的有利性质必须在非晶薄膜（t < 10 nm）中也被保留。在本研究中，在高阻Si（100）衬底上生长了厚度为t = 2-20 nm的铁磁Gdx（Fe 87.5Co 12.5）1-x薄膜，并在室温下用宽带铁磁共振测量方法进行了研究。通过调整它们的化学计量比，在2nm的Gdx（Fe_（87.5）Co_（12.5））_（1-x）Sr_2O_3薄膜中首次观察到了近似补偿的行为，其有效磁化强度为Meff = 0.02 T，有效吉尔伯特阻尼常数为α = 0.0078，与迄今报道的30 nm薄膜的最低值相当。这些结果为超快和节能的亚铁磁自旋电子器件的发展展示了巨大的前景。
2021-11-16 cond-mat.mtrl-sci
Dewetting of an ultrathin solid film on a lattice-matched or amorphous substrate
本文导出了非润湿单晶薄膜表面在基底吸引势作用下的演化偏微分方程，并利用该方程研究了针孔初始深度、基底吸引势强度和表面能各向异性对针孔动力学的影响。模拟的结果表明，相应的参数可能会导致完全或部分去湿的膜。各向异性的表面能，通过小面的针孔壁，被发现最剧烈地影响膜破裂的时间。特别是，模拟支持的猜想，强各向异性是能够完全抑制去湿，即使当有吸引力的衬底电位是强的。
2008-03-02 cond-mat.mtrl-sci
Topological Dirac Semimetal Na3Bi Films in the Ultrathin Limit via Alternating Layer Molecular Beam Epitaxy
在绝缘衬底上的Na 3 Bi的超薄膜被期望用于打开体带隙并从拓扑狄拉克半金属产生量子自旋霍尔效应，尽管在几纳米范围内的连续膜一直难以实现。在这里，我们利用交替层分子束外延（MBE），以实现均匀和连续的单晶薄膜Na3Bi（0001）绝缘Al2O3（0001）基板上，并证明电输运膜厚度为3.8 nm（4个单元电池）。通过原位反射高能电子衍射（RHEED）、扫描隧道显微镜（STM）、X射线衍射（XRD）和X射线光电子能谱学（XPS）证实了材料的高质量。此外，这些薄膜被用作种子层，用于随后的生长共沉积，导致原子逐层生长，如RHEED强度振荡所示。这些材料的进步促进了对狄拉克半金属薄膜中量子现象的追求。
2018-05-23 cond-mat.mtrl-sci
Ultrathin Oxide Films by Atomic Layer Deposition on Graphene
在本文中，提出了一种方法来创建和表征机械鲁棒的，独立的，可折叠的，氧化物薄膜与控制，纳米级的厚度使用原子层沉积（ALD）在石墨烯上。使用ALD将氧化铝膜沉积到悬浮的石墨烯膜上。随后对石墨烯的蚀刻只留下了几个原子厚度的纯氧化铝膜。使用加压起泡测试来确定这些抗静电膜具有154 \pm 13 GPa的杨氏模量。该杨氏模量与厚得多的氧化铝ALD膜相当。这种行为表明，这些二维薄膜具有优异的机械完整性。该膜也是标准气体不可渗透的，这表明它们是无针孔的。这些连续的薄膜有望在诸如薄膜涂层、膜和柔性电子器件等领域中实现新的应用。
2012-06-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Polarization Switching Dynamics Governed by Thermodynamic Nucleation Process in Ultrathin Ferroelectric Films
研究了铁电薄膜中畴变过程中一个长期存在的问题--畴如何形核.我们证明，在大的去极化场的薄膜可以显着降低成核能垒（U*）的水平相当的热能（kBT），导致幂律的极化衰减行为。U* 是热不可克服的“Landauer's paradox”并不是铁电薄膜极化反转的关键问题。我们经验地发现极化衰减行为和U*/kBT之间的普遍关系。
2006-05-03 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Theoretical phase diagram of ultrathin films of incipient ferroelectrics
我们用第一性原理方法计算了{ \sl初期}铁电KTaO $_3$薄膜的温度-失配应变"Pertsev“相图。我们的研究结果表明，在与体材料的差异，KTaO $_3$薄膜不能被描述为量子顺电。相反，薄膜的行为在很大程度上取决于表面/界面效应，有利于铁电性和去极化场的不完善的屏蔽。这导致Pertsev相图是定性类似的{ \sl正常}铁电体，如钛酸钡$_3$。
2007-02-12 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Noise influence on solid-liquid transition of ultrathin lubricant film
研究了原子级平面间摩擦引起的润滑油膜的熔化。引入了弹性剪切应力、应变和温度的加性噪声，建立了包含滑动、粘滑和干摩擦域的相图。结果表明，应变噪声强度的增加导致润滑膜熔化，即使在低温的摩擦表面。
2004-03-19 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.stat-mech
