Beating the superparamagnetic size limit of nanoparticles on a ferroelectric substrate
当减小纳米级磁性颗粒的尺寸时，它们的磁化强度变得容易受到接近超顺磁性极限的热波动的影响，从而阻碍了依赖于稳定磁化强度的应用。在这里，我们从理论上表明，磁电耦合到铁电衬底呈现可能的实现实质上更小的纳米团簇与热稳定的磁化。对于团簇大小的估计，我们进行计算与铁电钛酸钡基板上的铁纳米粒子的现实材料参数。我们发现，转向极化的钛酸钡与电场影响的磁性沉积的磁性团簇。这些发现指出了一种新的超顺磁性复合材料。
2013-09-27 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Fabrication of the preferentially orientated LiNbO3 nanoparticles and their ferroelectric behaviors
采用脉冲激光沉积法在Pt/Ti/SiO2/Si衬底上制备了（00 l）取向的LiNbO 3超薄膜。当在500 ℃的氧气气氛中退火2小时时，薄膜收缩成结晶态纳米颗粒，其仍然保持（00 l）择优取向。这些铌酸锂纳米粒子表现出铁电性，表现出不对称的磁滞回线，这可能是由于在界面处的大的内部场。这些纳米粒子可用于进一步研究尺寸效应和铁电性。
2008-10-21 cond-mat.mtrl-sci
Superparaelectric phase in the ensemble of non-interacting ferroelectric nanoparticles
首次预测了非相互作用球形铁电纳米粒子系综中超顺电相出现的条件。纳米粒子中的超顺电性是通过与超顺磁性类比来定义的，超顺磁性是在由顺磁性材料制成的小纳米粒子中获得的。用Landau-Ginzburg唯象方法计算了钙钛矿Pb（Zr，Ti）O3、BiFeO 3和单轴铁电体罗谢尔盐和硫酸三甘氨酸的相关半径、极化重取向能垒和对外电场的极化响应.
2008-06-12 cond-mat.mtrl-sci
Sol-Gel Derived Ferroelectric Nanoparticles Investigated by Piezoresponse Force Microscopy
利用压电响应力显微镜（PFM）研究了溶胶-凝胶法制备的LiNbO $_3$纳米粒子的铁电性能。为了确定铁电性的程度，我们拍摄了大面积的图像并进行了统计图像分析。通过使用PFM针尖的极化实验验证了单个纳米颗粒的铁电行为。最后，我们进行了同时测量的平面内和平面外的纳米粒子的压电响应，然后通过90 $^{\circ}$和180 $^{\circ}$旋转样品后的相同区域的测量。这样的测量基本上允许确定每个单个粒子的偏振方向。
2010-09-09 cond-mat.mtrl-sci
The influence of the distribution function of ferroelectric nanoparticles sizes on their electrocaloric and pyroelectric properties
我们考虑一个模型的纳米复合材料的基础上非相互作用的球形单畴铁电纳米粒子的各种尺寸嵌入在一个电介质矩阵。这些纳米颗粒的尺寸分布函数被选择为从最小到最大半径的高斯分布的一部分（截断正态分布）。对于这样的纳米复合材料，我们计算的电极化的强度，电热温度的变化，和介电常数的外部电场，其中具有特征形式的磁滞回线的可逆部分的依赖性。然后，我们分析了相对于颗粒尺寸分布参数的磁滞回线的形状的变化。我们证明，对于相同的均方色散，reversing极化，矫顽场，介电常数的最大值，最大值和最小值的电热温度变化最强烈地依赖于最可能的半径，适度地依赖于分散，并有最弱的依赖于纳米粒子的最大半径。我们计算和分析了热释电优值与复合材料中纳米颗粒平均半径的关系。的依赖性确认诱导的纳米颗粒的大小，其特征在于由一个最大值附近的颗粒，其值的存在下，随着增加的分散的分布函数的存在下，诱导的相变的存在。
2020-04-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Adsorption of ions from aqueous solutions by ferroelectric nanoparticles
研究证明无铅单轴铁电纳米颗粒通过温度诱导相变和强铁离子耦合，可高效吸附水溶液中的离子和自由基，为环保型实验室水溶液净化提供新方法。
2025-01-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Pyroelectric response of ferroelectric nanoparticles: size effect and electric energy harvesting
分析了铁电纳米线和纳米管热释电响应的尺寸效应。热释电系数随丝半径的减小而增大，并在临界半径Rcr处发散，对应于尺寸驱动的顺电相转变。热释电耦合的尺寸驱动增强导致了响应于温度波动的极化铁电纳米颗粒产生巨大的热释电电流和电压。的热释电能量收集和测辐射热检测的最大效率的推导，并示出接近卡诺极限的低温。
2009-08-17 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
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
Toroidal ferroelectricity in PbTiO3 nanoparticles
我们报告从第一性原理为基础的原子模拟，铁电性可以持续在PbTiO 3纳米粒子的尺寸只有几个晶格常数作为一个结果的环形排序。我们发现，尺寸诱导的拓扑变换导致铁电泡的稳定通过沿一个封闭的路径排列的涡核。这些变换，这是由纳米结构的纵横比驱动，改变了极化场的拓扑结构，产生丰富多样的极性配置。对于足够平坦的纳米结构，多气泡状态桥接了0D纳米点和2D超薄膜之间的间隙。铁电泡的热性质表明这种状态适合于纳米器件的开发。
2011-03-02 cond-mat.mtrl-sci
Controlling the domain structure of ferroelectric nanoparticles using tunable shells
在Landau-Ginzburg-Devonshire理论的框架下，研究了利用介电性质可调的壳层控制单轴和多轴铁电体球形纳米颗粒中畴结构的可能性.对Sn 2 P2 S6和BaTiO 3纳米粒子进行了有限元建模和分析计算，这些纳米粒子覆盖有高k聚合物、温度依赖的各向同性顺电钛酸锶或具有强烈温度依赖的介电常数张量的各向异性液晶壳。看起来，具有温度依赖性高介电常数（~300 - 3000）的可调顺电壳比具有小得多（~10）的温度无关介电常数的聚合物壳提供了对纳米颗粒极化的更有效的屏蔽。与各向同性顺电和聚合物壳相比，液晶壳（~ 1 - 100）的可调介电各向异性增加了用于控制铁电畴形态（包括单畴状态、畴条纹和圆柱体、曲折和曲折畴以及极化通量闭合畴和涡旋）的新水平的功能。研究结果表明，可调谐壳层覆盖铁电纳米粒子，可以控制铁电纳米粒子的电畴结构形态，从而产生新型铁电存储器和先进的密码学材料。
2019-08-29 cond-mat.mtrl-sci
Light-Induced Transitions of Polar State and Domain Morphology of Photo-Ferroelectric Nanoparticles
本研究通过Landau-Ginzburg-Devonshire方法揭示光致铁电纳米颗粒在光照下发生相变、畴形态演变及回滞环变化，并在三临界点展现超顺电类巨压电响应，为压电应用提供新可能。
2023-11-17 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Flexo-Elastic Control Factors of Domain Morphology in Core-Shell Ferroelectric Nanoparticles: Soft and Rigid Shells
在Landau-Ginzburg-Devonshire方法的框架内，我们探索了弹性各向异性、电致伸缩、挠曲电耦合和失配应变对球形铁电核-壳纳米颗粒中畴结构形态的影响。我们进行有限元建模（FEM）的多轴铁电纳米粒子核心覆盖的弹性各向同性软或弹性各向异性刚性顺电壳，有和没有失配应变。在核壳覆盖的情况下，有限元计算结果表明，在室温下，如果电致伸缩耦合较弱，则具有偶极核的单极化涡旋可以是稳定的。随着各向异性电致伸缩耦合的增加，涡旋消失，取而代之的是复杂的磁通封闭结构，形成在赤道平面和转变成一个细长的涡旋与中心180度的畴壁附近的核心磁极。由于各向异性电致伸缩，这种复杂的畴形态在芯中发展，并且挠曲电耦合导致极化等值面的额外曲率和扭曲。与此相反，有限元进行覆盖一个刚性壳的核心表明，在室温下，各向异性的弹性性能的壳可以稳定的涡状结构与三个通量封闭域，逐渐交叉在赤道平面的核心和转换成120度域附近的核心极点。弯电耦合导致磁通闭合畴壁明显卷曲。失配应变补偿了由弹性各向异性刚性壳限制的芯中的通量闭合域的卷曲。我们的分析揭示了不同类型的拓扑缺陷，即布洛赫点结构（BPS）和伊辛线，形成在覆盖着软壳或硬壳的铁电核心。
2020-12-01 cond-mat.mes-hall 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
Phase transitions induced by confinement of ferroic nanoparticles
提出了在唯象理论框架下研究初级铁性（铁电、铁磁、铁弹）纳米粒子相变的一般方法。自由能中考虑了表面应力、序参量梯度、伸缩效应以及退极化和退磁效应。弯曲的纳米颗粒表面下的强内在的表面应力被证明在转变温度（如果有的话）的移动中发挥重要作用，直到出现新的有序相缺席的散装铁电。推导了尺寸诱导铁电相变温度与圆柱或球形纳米颗粒尺寸、极化梯度系数、相关半径、表面内应力和电致伸缩系数的近似解析表达式。结果表明，纳米颗粒的相变温度可以高于块体材料的相变温度。纳米线铁电性能保持和增强的最佳条件对应于半径5 - 50nm和表面压应力。在有利的条件下，尺寸效应（空间限制）诱导铁电相的初始铁电纳米线和纳米球。室温下半径小于5 - 20 nm的KTaO 3纳米棒中尺寸诱导铁电性的预测对于下一步基于3D纳米结构的器件小型化可能很重要。
2007-03-25 cond-mat.mtrl-sci
The origin of the ferroelectric-like orthorhombic phase in oxygen-deficient HfO2-y nanoparticles
本文通过XRD、EPR和DFT计算揭示了氧缺陷及钇掺杂HfO2-y纳米颗粒中类铁电正交相的形成机制，并提出了修正的有效LGD模型，为硅兼容铁电纳米材料设计提供理论工具。
2024-12-06 cond-mat.mtrl-sci
Electric field control of labyrinth domain structures in core-shell ferroelectric nanoparticles
在Landau-Ginzburg-Devonshire（LGD）方法的框架下，我们研究了在覆盖有屏蔽电荷超薄壳层的纳米铁电核中，通过均匀外电场控制平衡畴结构的极性和手征的可能性.在一定的屏蔽长度和芯尺寸下，由Landau-Devonshire能、Ginzburg极化梯度能和静电项组成的LGD能的最小值导致芯中自发出现稳定的迷宫畴结构。的极化曲线从一个初始的偏振分布组成的任意小的随机取向的纳米畴。平衡迷宫结构的初始偏振分布的细节的影响很弱，这样可以得到一个准连续的近退化迷宫结构，其数量是有限的，仅由网格离散密度。将均匀电场施加到具有迷宫结构域的纳米颗粒，随后将其去除，允许引起迷宫结构的变化，因为迷宫极性由颗粒极轴上的场投影控制。在屏蔽电荷弛豫的特定条件下，迷宫结构的准静态介电磁化率可以是负的，潜在地导致负电容效应。考虑到LGD方法的普遍有效性，我们预计，迷宫域的电场控制是可能的，在许多空间受限的纳米铁电材料，这可能是先进的密码学和现代纳米电子学潜在的兴趣。
2022-06-30 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Unusual polarization patterns in flat epitaxial ferroelectric nanoparticles
近年来，外延铁电纳米岛的兴趣迅速增长，这是由于它们在器件，特别是超密度存储器方面的潜力。“自下而上”（自组装）纳米尺度技术的最新进展已经打开了制造高质量外延铁电纳米岛的机会，所述纳米岛具有分别为lnm和20 nm量级的极小厚度和横向尺寸。另一方面，最近出现的强大的探针，如piezoresponse力显微镜（PFM），使成像的局部域结构与子10 nm的分辨率。尽管有这些发展，在外延铁电纳米岛的极化模式缺乏一个清晰的理解，和一些重要的特性，如铁电性的临界横向尺寸，尚未建立。在这里，我们进行从头算研究的非电极外延Pb（Zr0.5Ti0.5）O3和钛酸钡纳米岛，并显示存在的失配应变和/或各向异性能驱动的新的偏振模式。结果允许解释的数据和设计的铁电纳米结构与定制的响应外部场。
2008-05-22 cond-mat.mtrl-sci
Structural Origin of Recovered Ferroelectricity in BaTiO$_3$ Nanoparticles
据报道，通过球磨油酸和庚烷的混合物制备的纳米级BaTiO 3颗粒（约10 nm）的电极化的强度比块状BaTiO 3的电极化强度大几倍。在这项工作中，详细的本地，中期和远程结构的研究相结合的光谱测量，以开发这些材料的模型结构。X射线光谱测量揭示了大的Ti偏心作为产生大的自发极化的纳米粒子的关键因素。温度依赖性的晶格参数的变化揭示了尖锐的结构相变在这些钛酸钡纳米粒子相比，纯纳米粒子系统。尖锐的晶体型峰的油酸钡拉曼光谱表明，该组件中的复合核-壳基质，机械化学合成的产物，稳定增强的极性结构相的钛酸钡核心纳米粒子。
2023-02-15 cond-mat.mtrl-sci
Size-dependent bistability in multiferroic nanoparticles
铁电有序和磁有序共存的多铁性材料大多表现出波长为几纳米的摆线反铁磁性。典型的例子是铁酸铋（BiFeO $_3$或BFO），这是一种室温多铁性材料，被认为可用于许多技术应用。虽然大多数应用需要小尺寸的纳米颗粒，但当它们的尺寸与摆线波长相当时，对这些材料的状态知之甚少。这项工作描述了一个微观理论的摆线磁性纳米粒子的基础上哈密顿计算。结果表明，靠近表面的磁各向异性对多铁性基态有很大的影响。对于某些纳米颗粒尺寸，铁磁和铁电磁矩的模量是可调的，这种效应可以用于设计可以电切换和磁读出的理想存储器位。
2019-07-11 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Effective Dielectric Response of Dense Ferroelectric Nanocomposites
本文通过介电测量和137Ba NMR谱研究致密BaTiO3纳米复合材料，发现纳米颗粒的铁电贡献与Lichtenecker有效介质模型预测显著不同，揭示强串扰效应，对纳米电子学和储能应用具有重要意义。
2024-01-14 cond-mat.mtrl-sci
Ferroelectric Nanoparticles in Liquid Crystals: The Role of Ionic Transport at Small Concentrations of the Nanoparticles
本研究揭示超低浓度（≤1 wt.%）BaTiO3纳米颗粒通过其表面离子-电子屏蔽电荷影响介电液晶5CB的离子输运，导致含纳米颗粒的LC单元电流更低、电容回线更窄，尽管纳米颗粒对介电响应影响极小。
2024-11-21 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Anion vacancy driven magnetism in incipient ferroelectric SrTiO3 and KTaO3 nanoparticles
基于我们的分析结果[http：//arxiv.org/abs/1006.3670]，我们预测没有任何磁性离子的初始铁电体的未掺杂纳米颗粒（尺寸<10- 100 nm）甚至在室温下也可以变成铁磁性的，这是由于固有存在自旋S=1的新型磁性缺陷，即氧空位，其中磁性三重态是表面附近（磁性壳层）的基态，而磁性三重态是块体材料（磁性核）中的基态。随机分布的磁自旋（S=1）的考虑表明，初始铁电纳米颗粒的磁性强烈地依赖于尺寸和温度，这是由于它们的介电常数的尺寸和温度依赖性以及与介电常数成比例的有效玻尔半径。考虑了温度-粒子半径坐标系中的相图.特别地，对于小于临界半径的颗粒半径，一旦磁缺陷的浓度超过磁逾渗阈值，铁磁长程序出现在厚度为5 - 50 nm的壳区域中。从平均场论出发，在磁缺陷与热能交换能量相等的条件下，计算了临界半径。对于颗粒半径高于临界值，只有顺磁相是可能的。讨论了窄尺寸分布函数纳米粒子组装中超顺磁态出现的条件。
2010-12-10 cond-mat.mtrl-sci
Could the Vegard strains govern extrinsic size effects in nanoparticles?
在本文中，我们提出了一个理论模型，考虑到Vegard应变和准球形纳米粒子的实验结果，这揭示了本质（约100 K）的球形纳米粒子的转变温度相比，散装晶体增加的理论结果进行了详细的定量比较。纳米粒子的平均半径约为25 nm，由K（Ta，Nb）O_3固溶体组成，其中KTaO_3是量子顺电体，KNbO_3是铁电体，通过理论和实验的比较，我们明确地确定了Vegard应变对铁电纳米粒子非本征尺寸效应的主要贡献。我们确定了Vegard应变对Nb含量的依赖性，并利用这种依赖性重建了居里温度对Nb含量的依赖性。对于小尺寸（< 20 nm）的细长K（Ta，Nb）O3纳米颗粒，居里温度与Nb含量的关系呈现非单调性。我们建立了铁电纳米颗粒表面附近的本征和非本征缺陷的积累可以在非本征尺寸效应的物理起源中发挥关键作用，并控制其主要特征。
2014-10-05 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Size and doping effects on the coercive field of ferroelectric nanoparticles
提出了一种描述铁电纳米颗粒的微观模型，该模型允许我们计算作为外部电场、温度、缺陷浓度和颗粒尺寸的函数的极化。材料的组分的相互作用，安排在层中，取决于在表面的耦合强度和缺陷壳除了散装值。该分析是基于伊辛模型在横向场，修改以这样的方式来研究的纳米颗粒的磁滞回线的尺寸和掺杂效应的影响。在实空间中利用格林函数技术，我们发现矫顽场，反射极化和临界温度与体行为有很大的不同。取决于由于掺杂离子的种类和表面配置而变化的耦合强度，矫顽场和反射极化与体行为相比可以增加或减少。理论结果与各种不同的实验数据进行了比较。
2006-09-27 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.stat-mech
Size Effects of Ferroelectric and Magnetoelectric Properties of Semi-ellipsoidal Bismuth Ferrite Nanoparticles
铋铁氧体（BiFeO 3）是最有前途的多铁性材料之一，具有很高的铁电和反铁磁转变温度，室温下的磁电耦合系数，对外加电场和磁场的交叉影响非常敏感。随着纳米技术微型化对非易失性存储单元超高密度数据存储的迫切需求，如何在不严重影响其性能的前提下减小自组装阵列中多铁性纳米粒子的尺寸是非常重要的。我们研究了半椭球形BiFeO 3纳米颗粒夹在刚性导电基底上的相图、FE和ME性质的尺寸效应。在改进的Landau-Ginzburg-Devonshire（LGD）方法框架下计算了纳米粒子内部自发极化矢量的空间分布、相图和顺磁电（PME）系数。对于具有三个不同半轴a、b和高度c的半椭球纳米颗粒的一般情况，推导了FE转变温度、平均极化率、线性介电常数和PME系数与颗粒尺寸的关系的解析表达式。对所得结果的分析表明，相图、自发极化和PME系数的尺寸效应对极化方向上颗粒尺寸的纵横比相当敏感，而对颗粒尺寸本身的绝对值不太敏感。
2017-01-23 cond-mat.mtrl-sci
Dynamics of charge states at the surface of a ferroelectric nanoparticle in a liquid crystal
本研究通过实验和Landau-Ginzburg-Devonshire有限元建模，揭示液晶中BaTiO3纳米粒子表面的屏蔽电荷导致电流和电压衰减时间速率降低，并解释了其动力学机制。
2025-07-10 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Electric Field Control of Three-Dimensional Vortex States in Core-Shell Ferroelectric Nanoparticles
在Landau-Ginzburg-Devonshire方法与静电方程相结合的框架下，我们对置于聚合物或液体介质中的可调顺电钛酸锶壳覆盖的铁电钛酸钡核中的极化行为进行了有限元建模。一个稳定的二维涡旋形成在核心后，零场松弛的初始随机或多域分布的极化，其中的涡旋轴是指向沿核心结晶轴之一。随后，施加具有可变周期、强度和方向的均匀电场的正弦脉冲。场诱导的涡旋结构的变化包括在一个轴向内核的外观中的形式的一个长形的纳米域，内核的增长，增加的方向的极化沿字段，和发病的单域状态。我们引入了术语“内核”来命名在涡旋轴附近发展的长形纳米畴，并且垂直于涡旋平面极化。在铁磁性中，这个区域通常被称为涡核。具有核的涡旋态具有流形简并性，出现在涡旋轴的三个等概率方向、沿涡旋轴的顺时针和逆时针偏振旋转方向以及核中的两个偏振方向上。这种在单个核中的多个涡旋状态对于核-壳纳米颗粒及其作为多位存储器和相关逻辑单元的集合体的应用是有希望的。对于具有可控粘度的软物质介质中的核-壳纳米颗粒而言，涡旋核在球体上的旋转可以用于模拟量子位特征。
2020-03-12 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
The Role of Flexoelectric Coupling and Chemical Strains in the Emergence of Polar Chiral Nano-Structures
本综述探讨了挠曲电耦合与化学应变在铁电核壳纳米结构及薄膜中诱导手性极化态形成的机制，揭示了其对手性形貌与居里温度的调控作用，并展望了其在纳米电子学与密码学中的应用潜力。
2025-05-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Reentrant phase in nanoferroics induced by the flexoelectric and Vegard effects
我们探讨了弯电效应和Vegard效应（化学压力）的相图，长程极性顺序和相关的物理性质的球形铁电纳米粒子使用朗道-金兹伯格-德文希尔唯象方法的影响。这些效应的协同作用可以导致纳米颗粒相图的显著变化。特别是，通常预期的过渡从铁电顺电相在一些小的临界尺寸是不存在的，所以临界尺寸失去了意义。相反，铁电相的稳定性表现为转变温度和极化随颗粒尺寸减小而提高。在半径为5-50 nm的四方BaTiO 3纳米球中较早地观察到铁电相重入现象[Zhu等人，JAP 112，064110（2012）]，并且至今未得到解释。我们的计算表明，激发现象的物理机制是挠曲化学效应。由于自发的挠曲电耦合，以及离子空位，应该存在于任何纳米结构的铁电体，得到的分析结果可以有效的许多纳米铁电体，其中可重入相的外观可以预测。
2015-10-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Ferroelectric Epsilon-WO3 Nanoparticles and Its Bipolaron Driven Opto-electronic Properties at Room Temperature
本研究通过火焰喷雾热解合成法在室温下稳定了ε相WO₃纳米颗粒，发现其具有室温铁电性、光刺激极化响应及双极化子驱动的铁致变色效应，为光电子领域发展提供了新可能。
2025-08-04 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Vortex-to-Polarization Phase Transformation Path in Pb(ZrTi)O$_3$ Nanoparticles
有限尺寸铁电体中的相变对于理解低维系统中的集体行为和竞争相互作用的平衡具有重要意义。我们报告了第一原理有效哈密顿研究的涡旋极化转变的Pb（Zr $_{0.5}$ Ti $_{0.5}$）O $_3$纳米粒子，所造成的均匀电场垂直于涡旋平面。这种转变被证明是：（1）遵循一个不寻常的{ \it宏观}路径，这是对称性不符合，其特征在于出现了一个以前未知的结构作为桥接相;（2）导致发现了一个惊人的集体现象，揭示了铁电涡旋是如何湮灭的{ \it微观}。这些行为的相互作用进行了讨论。
2006-12-21 cond-mat.mtrl-sci
Dynamics of Field Induced Polarization Reversal in Strained Perovskite Ferroelectric Films with c-oriented Polarization
研究了应变钙钛矿薄膜中$c$取向铁电相的场致极化反转。我们表明，在除了传统的纵向开关机制，当c-取向的偏振矢量改变其模量，纵向横向和横向机制时，偏振的垂直分量是动态混合是可能的。后一个过程可以通过直接突变或初始持续极化翻转场景发生。我们具体说明了PbTiO $_{3}$和BaTiO $_{3}$铁电体的情况下得到的结果，并提出了实验方法，为他们的调查。
2014-03-24 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Understanding polarization vs. charge dynamics effects in ferroelectric-carbon nanotube devices
为了优化多功能碳纳米管-铁电器件的性能，有必要了解极化和电荷动力学对其性能的影响。直接比较铁电Pb（Zr0.2Ti0.8）O3和介电SrTiO 3场效应晶体管，我们表明，这两种效应强烈竞争，瞬态电荷动力学最初掩盖高达40%的铁电场效应。因此，对于应用来说，关键是最大限度地提高铁电膜的质量和与碳纳米管的界面，以充分利用可切换的极化。
2013-06-05 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Elemental topological ferroelectrics and polar metals of few-layer materials
该研究通过堆叠工程设计褶皱蜂窝晶格的少层元素材料，预测 Bi 可形成元素拓扑铁电体及具非平庸边缘态的极性金属，并揭示 Ge、Sn 等体系的极性金属可能性。
2023-09-26 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Topological polarization networking in uniaxial ferroelectrics
拓扑极化织构的发现使铁电体成为拓扑物质科学的前沿。高对称性的铁电氧化物材料允许自由的极化矢量旋转提供了一个肥沃的土壤新兴的拓扑极性的形成，如涡旋，skyrmions，merons，和Hopfions。人们普遍认为单轴铁电体不属于拓扑宇宙，因为强各向异性为拓扑激发施加了不可逾越的能垒。在这里，我们表明，单轴铁电体提供了独特的机会，形成拓扑极化网络，包括分支交织域与相反的逆流极化。我们报告说，他们主机的拓扑状态的物质：一个交叉结构的拓扑保护碰撞头对头和尾对尾的极化域，这几十年来一直被认为是不可能的静电的观点。界面的逆流畴壁是一个多连接的表面，通过整个体积的铁电体传播。
2022-04-11 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Narrow waveguide based on ferroelectric domain wall
铁电材料是以有序的电极化的强度为特征的自发对称性破缺系统。铁电畴壁与铁磁畴壁类似，可以看作是分隔两个不同铁电畴的软界面。在这里，我们表明，两个束缚态激发的电极化的强度（极波），或振动和呼吸模式，可以托管和传播的铁电畴壁内。特别地，振动极波具有零频率间隙，因此被深深地限制在铁电畴壁内，并且即使存在局部钉扎也可以传播。这种铁电畴壁波导为研制铁电信息处理器件提供了新的范例。
2021-04-27 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Chiral Polarization Textures Induced by the Flexoelectric Effect in Ferroelectric Nanocylinders
极性手性结构最近在科学界引起了很大的兴趣，因为它们为类似于纳米磁性发展的创新器件概念铺平了道路。尽管人们对铁电拓扑结构的兴趣越来越大，但与控制铁电拓扑结构的外观和稳定性的机制相关的许多基本问题仍然是开放的。在这种情况下，铁电纳米粒子提供了一个灵活的操场，这样的调查。在这里，我们提出了一个理论研究的铁电极性纹理的圆柱形核壳纳米粒子。计算揭示了一个手性极化结构，包含两个相反方向的扩散轴向域位于附近的圆柱体端部，分离的区域与零轴向极化。我们将这种极化配置命名为“flexon”，以强调其轴向极化的挠曲电性质。分析计算和数值模拟结果表明，通过改变挠曲电系数的符号，可以实现挠曲子手征性的切换。此外，挠曲电耦合的各向异性被发现严重影响的极化织构和域形态。弯曲的圆形形状，结合其独特的手性性质和表面附近的局部化性质，使人想起磁性中的手性Bobber结构。在方位角平面中，挠曲体显示具有轴向偏振芯区域的涡旋的偏振状态，即，一个梅龙耦合电极化的强度和弹性应变梯度的挠曲电效应在这些手性状态的稳定中起决定性作用。我们讨论了这种相互作用和最近预测的铁电Dyzaloshinskiii-Moriya相互作用导致手性极化状态之间的相似之处。
2021-08-27 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Appearance of ferroelectricity in BaO nanowires
我们预测，铁电相可以诱导下的弯曲表面不可避免地存在于高纵横比的非铁电二元氧化物（BaO，EuO，MgO等）的圆柱形纳米粒子的强内在表面应力。计算了BaO纳米线中铁电相的尺寸和温度范围。分析计算是在Landau-Ginzburg-Devonshire理论内进行的，其中唯象参数从第一原理计算中提取[E. Bousquet等人，简单岩盐二元氧化物中的应变诱导铁电性。arXiv：0906.4235v1]和列表实验数据。根据我们的计算，半径为~（1-10）nm的BaO纳米线在室温下具有铁电性（自发极化值可达0.5C/m ~ 2），典型的表面应力系数为~（10-50）N/m。我们希望我们的预测可以刺激岩盐二元氧化物纳米粒子极性性质的实验研究以及弯曲表面下内应力诱导的自发偶极矩的第一性原理计算。
2009-10-13 cond-mat.mtrl-sci
Sliding induced multiple polarization states in two-dimensional ferroelectrics
当非中心对称范德华结构中的原子层相互滑动时，界面电荷转移导致结构自发极化的反转。这种现象被称为滑动铁电性，它是显着不同于传统的铁电开关机制依赖于离子位移。在这里，我们提出层依赖作为一个新的维度来控制滑动铁电性。通过在双栅场效应晶体管中制备不同厚度的3R MoS2，我们在多层3R MoS2中获得了反常的中间极化态。利用从头算密度泛函理论计算的结果，我们提出了一个通用的模型来描述多层3R MoS2的铁电开关过程，并解释这些中间极化态的形成。本工作揭示了层数和层间偶极耦合在滑动铁电性中的关键作用，为新型滑动铁电器件的设计提供了一种新的策略。
2022-12-19 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Light Polarization Sensitive Transistor Action in the van der Waals ferroelectric 4H-SnS2
Morgan State University（摩根州立大学）
本研究证实4H-SnS2存在室温铁电性，基于其构建的三端晶体管展现偏振调控特性，确立该材料为偏振驱动电子与光电子技术的潜在体系。
2026-08-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Chemical control of polarization in thin strained films of a multiaxial ferroelectric: phase diagrams and polarization rotation
在2-4 Landau-Ginzburg-Devonshire（LGD）热力学势和Stephenson-Highland（SH）方法相结合的框架下，研究了多轴铁电薄膜中由于旋转极化和表面离子之间的电化学耦合而产生的涌现行为.结合LGD-SH的方法可以描述的电化学开关和旋转的极化矢量的多轴铁电薄膜覆盖的表面离子的电荷密度依赖于相对氧分压。计算了多轴应变铁电薄膜的相图，分析了极化分量与外加电压的关系，讨论了多轴应变铁电薄膜中准静态铁电、介电和压电电滞回线的特性。通过氧离子的非线性表面屏蔽使得图与已知的图非常不同，应变钛酸钡薄膜。出乎意料的是，我们预测的铁电折返相的外观。得到的结果点上的可能性，以控制的外观和功能的铁电，介电和压电滞后在多轴FE膜覆盖的表面离子通过改变其浓度，通过氧分压。多轴FE膜的LGD-SH描述可以在贝叶斯优化框架内进一步实施，从而打开预测材料优化的途径。
2021-09-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
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
Switchable Topological Polar Textures in Freestanding Ultrathin Ferroelectric Oxides
Institute of Physics, Czech Academy of Sciences（捷克科学院物理研究所）
研究揭示自由悬挂超薄铁电层存在多种极性态，通过电场可逆控制其复杂极性状态，为未来铁电器件应用提供新途径。
2026-04-13 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
The effect of intrinsic point defects on ferroelectric polarization behavior of SrTiO$_3$
采用密度泛函理论（DFT）和Berry相方法研究了SrTiO $_3$体相和薄膜中的各种本征缺陷和缺陷团簇对铁电极化和开关机制的影响.结果表明，钛Ti $_\mathrm{Sr}^{\bullet \bullet}$和锶Sr $_\mathrm{Ti}^{"}$反位缺陷都能引起SrTiO $_3$的铁电极化，其中Ti $_\mathrm{Sr}^{\bullet \bullet}$缺陷引起的自发极化比Sr $_\mathrm{Ti}^{"}$缺陷引起的自发极化和极化反转激活能垒更高.与反位缺陷结合的氧空位的存在可以增强或减弱极化，这取决于缺陷对的配置，但与没有氧空位的反位缺陷相比，它总是导致更大的极化切换激活势垒。我们还表明，自发极化的SrTiO $_3$的幅度可以通过控制的程度，Sr/Ti nonstroichiometry调谐。其他本征点缺陷如Frenkel缺陷对和电子小极化子也有助于SrTiO $_{3}$中铁电极化的出现。
2016-09-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Stacking-engineered ferroelectricity in bilayer boron nitride
具有低至原子厚度的稳健极化的2D铁电体为功能异质结构提供了新的构建块。然而，实验报告，仍然稀少，因为层状极性晶体的要求。在这里，我们展示了一个合理的设计方法，工程二维铁电体从非铁电母体化合物通过采用范德华组装。显示出叠层堆叠的双层氮化硼表现出取决于堆叠顺序而反转的面外电极化的强度。通过相邻堆叠的石墨烯片的电阻来探测极化切换。此外，通过小角度扭转氮化硼片改变开关的动力学，由于形成具有交错极化的莫尔铁电性。石墨烯的铁电性在室温下仍然存在，同时保持了石墨烯的高迁移率，为潜在的非易失性存储器应用铺平了道路。
2021-06-03 cond-mat.mes-hall 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
Direct measurement of ferroelectric polarization in a tunable semimetal
铁电性，铁磁性的静电对应物，长期以来一直被认为与金属性不相容，因为电偶极子和外部电场被巡回电荷屏蔽。然而，最近的测量表明，在双层和三层的WTe $_2$，半金属过渡金属二硫属化物与破坏反转对称的电导的铁电开关的签名。该系统的一个特别有前途的方面是，电子和空穴的密度可以通过外部栅极电压连续调谐。这种自由度使得铁电性和自由载流子之间的相互作用，以前未探索的制度的调查。在这里，我们采用双层WTe $_2$的双栅介观器件中的电容传感直接测量在金属状态下的自发极化，并量化的传导和价带的极化上的自由载流子的效果，分别。我们比较我们的结果的低能量模型的电子带，并确定层极化状态，有助于运输和极化的同时。因此，双层WTe $_2$被证明是铁电金属的一个典型例子，并且是探索极性有序、铁电转变和在自由载流子存在下的应用的理想平台。
2020-12-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Morphology of Polarization States in Strained Ferroelectric Films
本文基于金兹堡-朗道-德文希尔框架扩展软畴方法，对应变铁电薄膜中的极化形貌进行变分描述，给出相图并阐明拓扑态结构，方法高效且指导实验。
2025-09-08 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Theoretical Design of Mono-Elemental Ferroelectricity with Tunable Spin Textures in Bilayer Tellurium
本文通过理论设计在双层碲中实现单元素铁电性，利用不对称堆叠产生0.78 pC/m面外极化，并结合强自旋轨道耦合实现可调自旋纹理，为多功能纳米器件提供新平台。
2024-01-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Role of Oxygen Vacancies in Stabilizing the Orthorhombic Phases of Hf0.5Zr0.5O2 Nanoparticles
Frantsevich Institute for Problems in Materials Science of the National Academy of Sciences of Ukraine（乌克兰国家科学院弗伦采维奇材料科学问题研究所）；Institute of Physics of the Czech Academy of Sciences（捷克科学院物理研究所）；Stockholm University, Department of Chemistry（斯德哥尔摩大学化学系）；Ye. O. Paton Institute of Materials Science and Welding, National Technical University of Ukraine “Igor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute”（乌克兰国立技术大学“伊戈尔·西科尔斯基基辅理工学院”叶·奥·帕顿材料科学与焊接研究所）；Oles Honchar Dnipro National University（阿列斯·洪恰尔第聂伯罗国立大学）；Institute of Physics of the National Academy of Sciences of Ukraine（乌克兰国家科学院物理研究所）；Zone 5 Technologies, Special Projects（Zone 5 Technologies特殊项目部）
研究通过分析氧空位浓度对Hf0.5Zr0.5O2纳米颗粒正交相稳定性的影响，结合Landau-Ginzburg-Devonshire理论揭示了氧空位诱导的化学应变对正交相稳定性的贡献，以及氧空位对介电性能和铁电性的影响。
2026-05-17 cond-mat.mtrl-sci
On the Ferroelectric Polarization Switching of Hafnium Zirconium Oxide in Ferroelectric/Dielectric Stack
采用电容-电压和极化-电压测量方法系统研究了铁电铪锆氧化物（Hf0.5Zr0.5O2，HZO）/Al 2 O3铁电/电介质叠层中的铁电极化反转。发现介质层的厚度对铁电HZO的铁电极化反转有决定性的影响。厚介质层对铁电性有抑制作用。在具有薄电介质层的栅堆叠中，通过所提出的漏电流辅助机制，发现铁电层的完全极化切换是可能的。理论模拟结果与实验数据吻合较好。这项工作澄清了一些长期存在的困惑和辩论有关的负电容场效应晶体管（NC-FET）的概念和实验的关键部分。
2019-06-24 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Revealing the Three-Dimensional Arrangement of Polar Topology in Nanoparticles
该研究利用原子电子断层扫描在单个原子尺度重构 BaTiO3 纳米颗粒的三维阳离子排列与极化分布，发现尺寸依赖的单涡旋到多涡旋拓扑转变。
2023-12-15 cond-mat.mtrl-sci
Enhancement of ferroelectric performance in PVDF:Fe3O4 nanocomposite based organic multiferroic tunnel junctions
报道了以聚偏氟乙烯（PVDF）：Fe3O4纳米复合材料为有机阻挡层的有机多铁性隧道结（OMFTJ）的制备。通过将Fe3O4纳米粒子加入到PVDF阻挡层中，我们发现，与纯PVDF阻挡层相比，OMFTJ的铁电性能得到了显著改善。它可以导致在10K和室温（RT）下约450%和100%的隧穿电阻（TER），这远高于纯PVDF基器件的隧穿电阻（TER）（在10K下70%和室温下7%）。基于PVDF：Fe3O4纳米复合材料的OMFTJ可以通过纳米颗粒的磁性与有机屏障的铁电性的相互作用在智能多铁性器件中开辟新的功能。
2020-04-07 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
