Ferroelectric switching at edge dislocations in BaTiO$_3$ modelled at the atomic scale
Interdisciplinary Centre for Advanced Materials Simulation (ICAMS), Ruhr-University Bochum（波鸿鲁尔大学先进材料模拟跨学科中心）；Center for Interface-Dominated High Performance Materials (ZGH), Ruhr-University Bochum（波鸿鲁尔大学界面主导高性能材料中心）；Faculty of Physics and Astronomy, Ruhr-University Bochum（波鸿鲁尔大学物理与天文学系）；Univ. Lille, CNRS, INRAE, Centrale Lille, UMR 8207 - UMET - Unité Matériaux et Transformations（里尔大学、法国国家科学研究中心、法国国家农业食品与环境研究院、里尔中央理工学院、UMR 8207 材料与转化单元）
研究通过原子模拟揭示了BaTiO3中⟨100⟩边缘位错核心在不同电场方向下作为铁电开关成核中心或墙钉的机制，阐明了位错对铁电开关的影响。
2026-01-30 cond-mat.mtrl-sci
Peculiarities of polarization switching in ferroelectric semiconductors with charged inhomogeneities
我们提出了带电缺陷铁电半导体极化反转特性的唯象描述和占主导地位的非本征导电。我们修正了Landau-Ginsburg方法，证明了上述非均匀系统的宏观状态可以用三个序参量的三个耦合方程来描述。无论是实验观察到的矫顽场值远低于热力学和各种磁滞回线变形（轻微，收缩和双循环）已获得在我们的模型的框架。这些结果定性地解释了掺Ce的SBN单晶、掺Nd的PZT薄膜和掺La的PZT陶瓷等铁电体材料中的铁电开关现象。
2004-06-12 cond-mat.mtrl-sci
Decoupling effects of the resistive-switching behavior on the polarization reversal in ultrathin ferroelectric Hf0.5Zr0.5O2 films
Harbin Institute of Technology, Shenzhen（哈尔滨工业大学（深圳））；Quantum Science Center of Guangdong-Hong Kong-Macao Greater Bay Area（粤港澳大湾区量子科学中心）；Westlake University（西湖大学）；Indian Institute of Science（印度科学学院）；University of Science and Technology Beijing（北京科技大学）
研究解耦超薄铁电HZO薄膜中电阻开关行为与极化反转过程，揭示其对设备性能的影响并提出改进策略。
2026-02-04 cond-mat.mtrl-sci
Pressure induced switching in ferroelectrics: on the junction between physics and electrochemistry
铁电薄膜中的压力诱导极化切换已经成为用于畴图案化的强有力的方法，允许在自由表面上和薄导电顶部电极下创建预定义的畴图案。然而，铁电体中压力诱导极化开关的机制仍然存在很大争议，挠曲电性，极化旋转和抑制，以及体相和表面电化学过程都可能相关。在这里，我们分类可能的压力引起的开关机制，进行初步估计，并深入研究使用相场建模。我们发现，这些影响的幅度是非常接近的，并引起复杂的开关图的压力和膜厚度的函数与非平凡的拓扑结构或可切换和不可切换的区域。
2017-08-09 cond-mat.mtrl-sci
Colossal electroresistance in metal/ferroelectric/semiconductor tunnel diodes for resistive switching memories
我们提出了一种隧穿异质结构，通过用重杂质半导体代替金属/铁电/金属铁电隧道结中的一个金属电极。在这种金属/铁电/半导体隧道二极管中，由于铁电场效应，隧道势垒的高度和宽度都可以被电调制，从而导致巨大的隧道电阻。这一想法在Pt/BaTiO 3/Nb：SrTiO 3异质结构中实现，其中在室温下可以容易地实现高于10 $^4$的导通/截止电导比。在这些铁电隧道二极管中观察到的巨大的隧穿电阻、可靠的开关再现性和长时间的数据保持表明它们在非破坏性读出非易失性存储器中具有巨大的潜力。
2012-08-27 cond-mat.mtrl-sci
Unconventional Ferroelectric Switching via Local Domain Wall Motion in Multiferroic $ε$-Fe2O3 Films
铁电和多铁性薄膜中确定性的极化反转对于它们在纳米电子器件中的开发至关重要。虽然铁电性已经研究了近一个世纪，但在许多材料的文献中，矫顽场和饱和极化的报道值存在重大差异。这就提出了关于极化反转背后的原子尺度机制的问题。本文报道了室温下铁磁性和铁电性相结合的材料$ε$ -Fe_2 O_3薄膜的非常规铁电开关。高分辨率原位扫描透射电子显微镜（STEM）实验和第一性原理计算表明，在$ε$ -Fe 2 O3中的极化反转仅发生在预先存在的畴壁周围，在250 - 500 kV/cm的中等电场中触发局部畴壁运动。计算表明，在畴壁开关的激活势垒是近四分之一，对应于最有可能的过渡路径内$ε$ -Fe 2 O 3域。此外，畴壁提供对称性降低，这被证明是必要的铁电开关。$ε$ -Fe 2 O3中的局部极化反转限制了宏观铁电响应，并为如何在其他相关铁电材料中通过畴结构设计来定制铁电性能提供了重要提示。
2019-08-26 cond-mat.mtrl-sci
Stochastic model of dispersive multi-step polarization switching in ferroelectrics due to spatial electric field distribution
本文提出了一个四方晶系铁电陶瓷极化反转的随机模型，该模型包含了90°和180°的顺序反转过程，并考虑了电场空间分布不均匀引起的特征反转时间的离散性。它提出了合并最近的多步随机机制（MSM）与早期的核限制开关（NLS）和非均匀场机制（IFM）模型。新的模型提供了一个更好的描述，同时极化和应变响应在一个宽的时间窗口和更深入的洞察微观开关机制，作为示例性的显示，通过比较与锆钛酸铅的测量。
2019-04-26 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
Domain Wall-mediated Interfacial Ferroelectric Switching
East China Normal University（华东师范大学）；Suzhou Laboratory（苏州实验室）；Shanxi University（山西大学）
研究揭示了域壁在界面铁电开关中的作用，通过多种方法展示域壁连接相反极化状态并影响开关可逆性，为非易失铁电开关提供了新策略。
2025-12-23 cond-mat.mtrl-sci
Epitaxial Ferroelectric HfO2 Films: Growth, Properties, and Devices
在掺杂HfO2多晶薄膜中首次报道铁电性之后大约十年，人们对这种材料产生了巨大的兴趣，铁电氧化物再次成为存储器行业的焦点。人们正在努力了解和控制铁电特性。与多晶薄膜相比，外延薄膜具有更少的缺陷和更可控的微观结构，因此对于这一目的非常有用。铁电HfO2的外延薄膜研究较少，但在2015年首次报道之后取得了重大进展。本文综述并讨论了外延HfO2的主要进展，考虑到生长，结构和铁电性能的研究，铁电相的识别，和设备的制造。我们希望这篇评论将有助于研究人员研究外延HfO2。它还可以帮助扩展铁电HfO2社区的兴趣，现在基本上集中在多晶样品，外延膜。
2021-04-27 cond-mat.mtrl-sci
Symmetry of ferroelectric switching and domain walls in hafnium dioxide
二氧化铪（HfO2）是一种很有前途的铁电材料，由于其与主流集成电路技术的兼容性以及通过减小厚度而令人惊讶地增强的铁电性，可用于实现高密度非易失性存储器和神经形态计算。铁电开关动力学对器件性能至关重要，但HfO2原子结构的复杂性导致了铁电开关的各种路径和畴壁结构的未知。在这里，我们证明了它的低势垒路径和畴壁可以从拓扑对称的角度全面地发现和理解。利用第一性原理和晶格模讨论晶体中的赝手征性和等效变换关系，对HfO2中的4种低势垒场致开关路径和93种不可约拓扑畴壁结构进行了分类和分析.通过对12种180°侧畴壁的迁移率研究，发现了各向异性的反转机制。该方法有望普遍适用于低晶胞点群对称性的位移型铁电体，并为开关动力学的机理研究奠定基础。
2022-07-07 cond-mat.mtrl-sci
Quadruple-well ferroelectricity and moderate switching barrier in defective wurtzite α-Al2S3: a first-principles study
该研究通过第一性原理计算发现，阳离子空位有序的纤锌矿 α-Al2S3 具有单轴四阱铁电性和较低开关势垒，应变与 Ga 掺杂还可进一步降垒。
2024-07-30 cond-mat.mtrl-sci
Elastic anomalies associated with domain switching in BaTiO$_3$ single crystals under in-situ electrical cycling
利用原位共振超声光谱（RUS）研究了BaTiO $_3$单晶在室温下电场循环过程中的弹性响应，该方法可以监测铁电极化开关引起的弹性和滞弹性变化。我们发现，原始单晶的第一个铁电开关是由铁弹90°开关。在随后的铁电开关，铁弹开关减少域钉扎和占主导地位的180°铁电畴，证实了偏振光显微镜。因此，在原位电场下的RUS被证明是一种有效的技术，用于铁电体中的机电耦合的调查。
2019-06-09 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
Coherent Ferroelectric Switching by Atomic Force Microscopy
本文采用广义能量方法研究了电压调制原子力显微镜（AFM）在铁电单晶和铁电薄膜中诱导的单畴极化反转。拓扑分析的能量表面的子空间的域尺寸进行，并阐明下的外部偏压的能量演化。这已经让成功地描述了所有阶段的AFM切换，包括形成的一个反向域，其生长在一个散装，域接触电极附近的不稳定性，和纯侧向扩张的膜。
2004-01-19 cond-mat.mtrl-sci
Ferroelectric domain nucleation and switching pathways in hafnium oxide
本文利用透射电子显微镜和差分相位衬度成像在原子尺度实时研究氧化铪薄膜的极化翻转路径，揭示其翻转过程经由瞬态类四方局域结构，氧离子在母体铪多面体内移动。
2023-11-29 cond-mat.mtrl-sci
Appearance of ferroelectricity in thin films of incipient ferroelectric
在Ginsburg-Landau-Devonshire唯象理论框架下，对钙钛矿结构的常规和初始铁电薄膜的尺寸诱导铁电-顺电相变进行了研究.考虑了更一般形式的表面自由能展开，包括本征表面应力张量、表面压电效应和电致伸缩以及表面极化的二次和四次幂。导出了常规铁电体和初始铁电体的转变温度与厚度关系的解析表达式。结果表明，虽然没有铁电体中的初始铁电体，它出现在薄膜的负外推长度，实现例如在正的表面应力系数和负或零失配应变。在我们的研究中，我们得出了在室温下，对于足够薄的薄膜，初始铁电体KTaO_3中的厚度诱导铁电性的结论。类似的表面效应可以强烈地影响另一种初始铁电体SrTiO 3的薄膜中的相变。
2007-04-15 cond-mat.mtrl-sci
Four switching categories for thin-film and bulk ferroelectrics
我们将铁电体包括外延/多晶薄膜和单晶/陶瓷块体在不同外加电场下的开关动力学分为四类，这取决于相邻部分之间的开关促进效应引起的去极化场和/或极化反转是否可以忽略。我们表明，我们最近开发的统计模型[Journal of Physics：Condensed Matter 21，012207（2009）]以其广义形式适用于所有这四个类别。最后，将本文模型与传统的Kolmogorov-Avrami-Ishibashi模型进行了比较，并讨论了不同n时开关电流的行为。
2008-12-08 cond-mat.mtrl-sci
Physics of thin-film ferroelectric oxides
本文综述了近年来薄膜铁电氧化物物理学的重要进展，着重介绍了薄膜铁电体的研究进展。本文介绍了铁电薄膜在电子器件中的应用现状，并讨论了与这些器件的性能和失效有关的物理问题。在此之后，我们涵盖了巨大的进展，已取得的第一原理计算方法来理解铁电体。然后，我们详细讨论了应变在确定外延铁电薄膜的性质中所起的重要作用。最后，我们看看纳米铁电体的新兴的可能性，特别强调在非传统的纳米几何铁电体。
2005-03-15 cond-mat.mtrl-sci
Revealing Atomic-Scale Switching Pathways in van der Waals Ferroelectrics
本研究结合原位电偏置原子成像与第一性原理计算，揭示了SnSe中从反铁电到铁电的90度和180度切换路径共存，并伴随层间滑动与压缩应变，为二维铁电器件设计奠定基础。
2025-07-28 cond-mat.mtrl-sci
Polarization description of successive ferroelectric switching in hafnia
针对HfO2中离子传导与铁电翻转交织的问题，提出自由能与畴模型并结合第一性原理计算，揭示嵌套畴结构及遵循Merz定律的集体氧离子传导机制。
2023-11-03 cond-mat.mtrl-sci
Direct observation of cation-dependent polarisation switching dynamics in fluorite ferroelectrics
本文利用最佳明场扫描透射电子显微镜直接观测了ZrO2和Hf0.5Zr0.5O2薄膜中氧位点动力学，揭示了180度和90度极化翻转路径涉及不同非极性中间态，并结合密度泛函理论阐明了阳离子种类对翻转路径的影响。
2025-09-19 cond-mat.mtrl-sci
Anomalously Abrupt Switching of Ferroelectric Wurtzites
铁电极化切换是通过成核和生长发生的过程的一个常见示例，并且理解切换动力学对于诸如铁电存储器的应用至关重要。在这里，我们描述和解释的纤锌矿氮化物薄膜铁电体Al0.7Sc0.3N和Al0.94B0.06N使用的一般模型，可以直接应用到其他突变，通过成核和生长进行的异常开关动力学。当在成核速率增加的同时发生大量生长和碰撞时，例如在高电场下的这些纤锌矿铁电体中，突然的极化反转导致非常大的Avrami系数（例如，n = 11），启发KAI（Kolmogorov-Avrami-Ishibashi）模型的扩展。我们将此扩展模型应用到两个相关但不同的场景，（典型的）行为之间的交叉所描述的顺序成核和生长和更突然的过渡所产生的显着增长之前的峰值成核率。因此，这项工作提供了更完整的描述适用于任何系统的一般成核和生长动力学，同时专门解决了新的纤锌矿铁电体中的突然极化反转行为。
2023-03-10 cond-mat.mtrl-sci
Domains and ferroelectric switching pathways in Ca$_3$Ti$_2$O$_7$ from first principles
混合不适当的铁电性，其中可以通过三线性耦合到两个非极性结构的不同对称性的扭曲诱导的电极化，最近已被实验证明为第一次在$n$ =2 Ruddlesden-Popper化合物Ca $_3$ Ti $_2$ O $_7$。在本文中，我们使用群论方法和第一性原理计算，以确定可能的铁电开关路径在Ca $_3$ Ti $_2$ O $_7$。我们确定了低能量的路径，通过切换通过正交双晶域，或通过反极性结构的极化方向反转。我们还引入了一组化学直观的局部序参量，以深入了解这些路径如何与在畴壁处成核的开关相关。我们的研究结果表明，开关可以通过一个以上的机制在这种材料。
2016-10-04 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
Phase transitions and polarization switching in quasi-one-dimensional organic ferroelectrics of phenyltetrazole family
本文提出赝自旋模型描述苯基四唑族两种晶体的相变、介电特性与极化翻转，揭示了APHTZ在垂直电场下通过亚晶格极化翻转实现90度净极化旋转及铁电态切换，并构建了具Ising型反铁电典型拓扑的温度-电场相图。
2025-11-04 cond-mat.mtrl-sci
Fatigue effect on polarization switching dynamics in polycrystalline bulk ferroelectrics
开关时间的统计分布是描述多晶块状铁电体对外加电场的动态响应所必需的关键信息。非均匀场机制（IFM）模型提供了一个有用的工具，它允许在一个大的时间窗口内从偏振开关测量中提取这些信息。本文进一步发展了该模型，以解释疲劳材料中不可切换区域的存在。应用IFM分析了各种铅基和无铅铁电陶瓷的双极电循环疲劳过程，揭示了不同的性能退化情况。洞察力获得不同的潜在的疲劳机制固有的调查系统。
2016-07-11 cond-mat.mtrl-sci
Polarization vortex domains induced by switching electric field in ferroelectric films with circular electrodes
我们描述了铁电薄膜与圆形电极和发展的热力学理论，解释以前神秘的实验。它被发现是特别有用的限制的几何形状，如微结构的边界条件是众所周知的发挥重要作用的铁电性能。我们探索了一种新的开关机制，它包括一个不均匀的旋转运动的极化，并导致一个扩展的涡旋状态。涡旋的外观表现出一阶场致相变的特性：三个临界电场和滞后行为的可能性。
2014-04-22 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
On the theory of domain switching kinetics in ferroelectric thin films
从理论上研究了铁电薄膜的极化反转动力学。在这种物质中，畴壁被缺陷（通常是偶极）钉扎，这些缺陷也作为技术上不可避免的杂质存在于有序样品中。这种随机相互作用与偶极钉扎中心的结果，特别是，在指数宽分布的开关时间。在低钉扎中心浓度的假设下，我们导出了开关时间的分布函数，表明它不是简单的洛伦兹分布（如Tagantsev等人[ \prb，{ \bf 66}，214109（2002）]首次提出的那样），而是“洛伦兹平方分布”，这是由于电场的矢量性质。这种改进的形式主义提供了一个更好的描述现有的实验数据和阐明的物理机制的域切换时间分布。
2010-07-31 cond-mat.mtrl-sci
Polarization switching on the open surfaces of the wurtzite ferroelectric nitrides: ferroelectric subsystems and electrochemical reactivity
本研究针对二元纤锌矿铁电氮化物特殊的极化翻转行为，采用多维高分辨率PFM技术观测到两个弱耦合铁电子系统与偏压诱导电化学反应活性，建立了该类材料极化翻转的普适性现象学图景。
2025-06-17 cond-mat.mtrl-sci
Free-standing ferroelectric multilayers: Crossover from thin-film to bulk behavior
铁电薄膜通常具有与体铁电体非常不同的相态和物理性质。在这里，我们提出了独立的铁电弹性多层膜作为这两种材料系统之间的桥梁。使用非线性热力学理论，我们确定的温度，失配应变，和铁电材料的体积分数Fi的函数，这样的多层膜的相态。对PbTiO_3和BaTiO_3两种经典铁电体的数值计算表明，在fi -> 0和fi -> 1的极限情况下，多层膜的极化状态与薄膜和体晶的极化状态一致。然而，在中间体积分数，失配应变温度相图的多层膜有很大的不同，从外延膜。值得注意的是，在薄膜和块状晶体中不存在的铁电相可以在BaTiO 3多层膜中稳定。由于附加的可调参数和减少的钳位，铁电多层膜可能是优越的，为广泛的器件应用。
2010-12-24 cond-mat.mtrl-sci
Variation of Contact Resonance Frequency during Domain Switching in PFM Measurements for Ferroelectric Materials
压电响应力谱（PFS）是一种广泛用于测量材料纳米铁电响应的有力手段。然而，发现某些非铁电材料由于许多其他因素也可以从PFS测量产生类似的响应，因此，认为单独的PFS不足以区分铁电和非铁电材料。另一方面，这项工作表明，有明显的差异，接触谐振频率的变化过程中的铁电和非铁电材料的PFS测量。因此，提出了一种新的，简单而有效的方法来区分铁电和非铁电材料的响应，这种新的分析使用PFS测量期间的接触共振频率响应作为一个新的参数来区分PFS测量响应从不同的材料。
2018-09-12 cond-mat.mtrl-sci
Proton-mediated reversible switching of metastable ferroelectric phases with low operation voltages
本研究通过质子门控技术在α-In2Se3晶体管中实现亚稳态铁电相的可逆切换，以低于0.4 V的超低电压调控多级相变，为低能耗多态存储器件提供新途径。
2023-10-12 cond-mat.mtrl-sci
Dynamic scaling properties of multistep polarization response in ferroelectrics
铁电体是一种多功能机敏材料，在传感器技术、微机械驱动、数字信息存储等方面有着广泛的应用。特别是，开关动力学的理解是必不可少的数字信息存储。在这方面，时间极化响应的标度特性对于铁电体中的180°开关过程是众所周知的，其特征在于独特的场依赖性局部开关时间。出乎意料的是，这些性质现在在多轴多晶铁电体中观察到，表现出许多平行和顺序的非180°开关过程，具有不同的开关时间。这一行为可以用多步随机机制和极化反转的非均匀场机制模型相结合来解释。标度性能的预测为多晶铁电体的四面体，菱形和正交对称性，并通过测量极化动力学在（K，Na）NbO3基铁电陶瓷在7个数量级的时间尺度上的示范性证明。动态缩放特性允许洞察微观开关机制，一方面，并进入统计材料特性，另一方面，从而提供了高精度的时间极化的描述。深入了解多阶极化开关的机制对未来的超快和多级数字信息存储至关重要。
2022-03-31 cond-mat.mtrl-sci
Resistive switching in ferroelectric BiFeO3 by 1.7 eV change of the Schottky barrier height
使用金属-铁电结作为可开关二极管是几十年前提出的。Blom等人[P.W. M. Blom等人，物理修订信函73，2107（1994）]，其报道了在整流方向上的切换以及在切换铁电层的极化方向时约2个数量级的电流变化。与电容设计相比，这种形式的电阻开关能够以更高的速度读出铁电存储器状态，而不会破坏每个读取周期中的信息。最近，Jiang及其同事已经表明，这些肖特基势垒效应在BiFeO 3中是巨大的，比PZT中发现的开关电荷多一千倍[A.Q.蒋例如，高级材料23，1277（2011）]。在这里，通过进行局部电导率测量，我们归因于肖特基势垒高度之间的生长，向下极化域和向上极化域的一个大的变化。这些测量允许估计极化电荷和屏蔽电荷对通过铁电体的传导的相对影响。
2012-12-03 cond-mat.mtrl-sci
Size effects in the thin films of order - disorder ferroelectrics subject to the depolarization field
在考虑退极化场的平均场近似下，对有序-无序型铁电薄膜进行了研究。结果表明，该体系的尺寸效应可以用居里温度依赖于薄膜厚度的体系统状态方程来描述。考虑退极化场的影响，计算了从铁电相到顺电相相变的临界尺寸hc和临界温度Tc。比较了有序-无序型和位移型铁电薄膜的极化随薄膜厚度、温度和电场的变化关系。特别是，它表明，所有的偶极子成为有序的T=0独立的膜厚度h>hc相反的位移型铁电体。位移型铁电体的临界厚度比有序-无序型铁电体的大，极化分布比有序-无序型铁电体的尖锐。
2004-06-30 cond-mat.mtrl-sci
Local Ferroelectricity in SrTiO_3 Thin Films
利用共焦扫描光学显微镜研究了SrTiO_3薄膜的温度极化特性。从线性电光响应的图像中识别出均匀的面外和不均匀的面内铁电相。滞后和非滞后行为下观察到的直流偏置场。与体铁电体中的经典转变不同，在远高于介电常数最大值的温度下观察到局部铁电性。结果表明，实用的本地探针实验在理解非均匀铁电体。
2002-08-31 cond-mat.mtrl-sci
Microscopic insights on field induced switching and domain wall motion in orthorhombic ferroelectrics
本研究结合基于ab initio的分子动力学模拟与数据科学，探究了原型正交铁电材料BaTiO$_3$的微观切换机制，揭示了中等场强下由畴壁运动主导的切换与大场强下快速体相切换两种不同区间及其多步微观过程。
2023-10-18 cond-mat.mtrl-sci
Polarization Switching Ability Dependent on Multidomain Topology in a Uniaxial Organic Ferroelectric
由电场引起的电极化的强度的切换-铁电体的基本功能-与将具有不同极化方向的区域分开的畴壁的运动密切相关。因此，理解畴壁动力学对于推进铁电应用是至关重要的。在这封信中，我们表明，多畴结构的拓扑结构可以有一个内在的影响程度上的可切换的偏振。使用极化滞后测量和压电响应力显微镜相结合的单轴有机铁电体，α-6，6 '-二甲基-2，2'-联吡啶氯冉酸盐，我们发现，（或尾对尾）带电畴壁被强烈地钉扎并且因此阻碍切换过程;相反，如果带电畴壁被电中性反平行畴壁取代，则实现体极化切换。我们的研究结果表明，对多域拓扑结构的操纵可以潜在地控制可切换的偏振。
2014-01-09 cond-mat.mtrl-sci
Direct Observation of Polarization vs. Thickness Relation in Ultra-Thin Ferroelectric Films
超薄铁电薄膜中极化的降低似乎是纳米级铁电性的基础。对于模型系统PbTiO 3的SrTiO 3，我们报告观察的极化与厚度的关系。从X射线衍射和总能量计算得到的铁电畴的明显的周期性变化揭示了在临界厚度~12 nm以下的极化的线性降低。独立的极化和四方性测量提供了深入了解纳米铁电体中极化和四方性之间的基本关系。
2007-04-19 cond-mat.mtrl-sci
Simultaneous dynamic characterization of charge and structural motion during ferroelectric switching
在电场诱导的极化开关过程中监测铁电薄膜中的结构变化对于全面微观地理解电荷、原子和畴壁的耦合运动是重要的。我们结合标准的铁电测试周期与时间分辨的x射线衍射，研究纳米级铁电氧化物电容器的充电，放电和开关时的响应。压电应变在电子RC时间常数期间以及在结构域壁蠕变期间发展。铁电极化反转过程中复杂的原子运动始于对电压脉冲触发的电荷流的负压电响应。不完全筛分限制了压缩应变。单位晶胞的压电调制调整两个极化状态之间的能垒。畴壁运动是由布拉格反射的面内分量的加宽证明的。在工作装置上的这种同时测量阐明和可视化电荷流和结构运动的复杂相互作用，并挑战理论建模。
2017-06-04 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
Far infrared and terahertz spectroscopy of ferroelectric soft modes in thin films: A review
综述了基片上薄膜铁电体软模和中心模的远红外和太赫兹光谱。除了经典的位移型固有铁电体外，还讨论了初始铁电体、弛豫铁电体和多重铁电体。特别注意的是薄膜和散装材料（陶瓷和单晶）的软模式行为之间的差异和它们对低频介电常数的影响。特别强调了薄膜应变和探测波退极化电场对晶界的影响。软模光谱被证明是一个非常敏感的工具，揭示薄膜的质量。
2016-02-18 cond-mat.mtrl-sci
Theoretical Description of Ferroelectric and Pyroelectric Hysteresis in the Disordered Ferroelectric-Semiconductor Films
我们修改了Landau-Khalatnikov方法，并表明极性晶格和屏蔽带电缺陷决定无序铁电半导体的响应。该系统在外场作用下表现出空间非均匀的开关，而Landau-Khalatnikov模型描述的是在热力学矫顽场附近热释电系数峰尖锐的均匀开关。该模型给出了更真实的热释电磁滞回线形状，在矫顽场附近没有任何峰值，定性和定量地描述了典型的Pb（Zr，Ti）O_3和（Sr，Ba）Nb_2O_6薄膜的热释电磁滞回线。
2006-02-01 cond-mat.mtrl-sci
Size Effects in Ferroelectric Thin Films: The Role of 180 degree domains
由于铁电薄膜中未补偿的表面电荷而产生的退极化场可以将铁电相抑制在临界尺寸以下。最近的实验表明，180度畴结构可以帮助在薄至3个晶胞的薄膜中稳定铁电性。利用含时Ginzburg-Landau理论研究了铁电薄膜的电畴结构对尺寸效应的影响。该模型通过考虑上下表面的非铁电钝化层来考虑退极化场的影响。我们表明，180度的畴尺寸减小，薄膜厚度的减少和膜突然成为顺电低于临界尺寸。180度域出现在极化切换引起的剩余极化的时间依赖性弛豫，与最近的实验一致。去极化引起的畴壁运动显著改变了小厚度下极化-电场（P-E）环的形状。
2006-11-15 cond-mat.mtrl-sci
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
Multi-step stochastic mechanism of polarization reversal in orthorhombic ferroelectrics
提出了一个电场驱动的正交铁电体极化反转的随机模型，描述了其时间机电响应。该理论解释了所有可能的并行和顺序切换事件。该模型的应用，同时测量的极化和应变动力学在无铅正交（K，Na）NbO3基铁电陶瓷在一个宽的时间尺度的7个数量级允许识别优选的极化切换路径，分数的个别开关过程，和它们的激活字段。特别地，分析揭示了相干非180°切换事件的实质性贡献，其不引起宏观应变，从而模拟180°切换过程。
2021-09-01 cond-mat.mtrl-sci
Anti-Ferroelectric Thin Films Phase Diagrams
本文研究了反铁电薄膜的相变和极性的尺寸效应。我们改进了Kittel提出的现象学方法。采用直接变分法求解欧拉-拉格朗日方程。导出了重整化系数随膜厚变化的自由能。得到了该系数随膜厚、温度、极化梯度系数和外推长度变化的近似解析表达式。研究了薄膜厚度减小时，反铁电双电滞回线向铁电单电滞回线的转变。提出的理论考虑解释了反铁电PbZrO_3薄膜的实验结果。
2006-08-30 cond-mat.mtrl-sci
Switching of both local ferroelectric and magnetic domains in multiferroic Bi0.9La0.1FeO3 thin film by mechanical force
除了电场和磁场外，多铁性材料中有序参数的交叉耦合无论从实际应用还是从基础研究的角度来看都是非常有必要的。近年来，机械力通过电弹耦合作用在铁电材料中实现铁电有序参数的转变引起了人们的极大关注。利用扫描探针显微镜系统研究了多晶多铁性Bi 0. 9 La 0. 1FeO 3薄膜的机械力诱导极化和磁化反转。压电响应力显微镜和磁力显微镜的响应表明，Bi 0. 9 La 0. 1FeO 3薄膜中的铁电畴和磁畴都可以通过机械力和电场实现开关。由机械力产生的高应变梯度被证明是能够诱导铁弹开关，从而诱导铁电偶极子和磁自旋翻转在我们的薄膜，作为电-弹耦合和磁电耦合的结果。在室温下的铁电和磁畴的机械力控制的演示提供了一个新的自由度的操纵多铁性，并可能导致新的功能的设备。
2016-03-04 cond-mat.mtrl-sci
Distribution function of the random field and polar properties of the relaxor ferroelectric films
提出了弛豫铁电薄膜性能的计算模型。该模型的基础是随机场理论。这种电场是由于薄膜表面的化学无序作用，破坏了薄膜的极性长程序，使其转变为铁电玻璃（FG）或偶极玻璃（DG）的混合态。利用随机场分布函数计算了弛豫铁电薄膜的空间分布和膜内坐标平均值。作为例子，得到了序参量与膜厚、温度和分布函数特性的关系。计算了尺寸驱动的从FG态到DG态相变的临界厚度和温度随薄膜和分布函数特性的变化关系。
2004-12-15 cond-mat.mtrl-sci
Ultrafast Polarization Switching via Laser-activated Ionic Migration in Ferroelectric CuInP$_2$S$_6$
本研究发现短激光脉冲可通过光掺杂效应改变势垒、触发集体离子迁移，在层状铁电材料CuInP$_2$S$_6$中实现数百飞秒的超快可逆极化翻转，为超快操控铁电态与探索新奇量子相提供了新途径。
2024-12-13 cond-mat.mtrl-sci
Direct evidence for ferroelectric polar distortion in ultrathin lead titanate perovskite films
用X射线光电子衍射直接研究了PbTiO_3外延薄膜中与铁电性相关的晶格内极性原子畸变和四方性。我们的测量，结合从头计算，明确地表明非中心对称的薄膜几个单位电池厚，意味着薄膜薄至3个单位电池仍然保持铁电极性失真，也表明，没有厚的顺电死层的表面。
2005-11-03 cond-mat.mtrl-sci
Phase transitions and ferroelectricity in very thin films: single- versus multidomain state
我们用连续理论讨论了在非常薄的薄膜中铁电相变到单畴和多畴状态。结果表明，在近立方铁电体的域状态可以生存到原子膜厚度，不像单域状态，这几乎总是不稳定或亚稳态。这个结论是有效的，几乎不管电极的性质（金属或半导体）和屏蔽载体是否可能存在于铁电体本身。
2006-06-07 cond-mat.mtrl-sci
