Photovoltaic effect in BiFeO3/TiO2 heterostructures tuned with epitaxial strain and an electric field
基于第一性原理计算，在可见光区，外延应变和电场可以调节BiFeO 3/TiO 2异质结的光伏效应，这表现为在拉伸应变和电场作用下异质结吸收活性的增强.这表明在双层膜的界面处存在着光子、自旋载流子、电荷、轨道和晶格之间的耦合，这使得异质结成为一种基于自旋电子学的多功能光电器件的有趣候选者。异质结构的微观机制与界面附近Fe 3d和O 2 p轨道之间的自旋转移和电荷重排密切相关。
2013-09-21 cond-mat.mtrl-sci
Switchable Photovoltaic Effect in Ferroelectric CsPbBr3 Nanocrystals
本文发现 CsPbBr3 纳米晶在无外加电场下具有铁电驱动的光伏效应，且该效应可通过外加电场增强并切换极化方向，为新型光铁电器件设计提供了潜在候选方案。
2024-01-10 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Epitaxial MgSnN2 on 4H-SiC (0001): An Earth-Abundant Nitride for Green Optoelectronics and Photovoltaics
Linköping University（林雪平大学）；Stanford University（斯坦福大学）；Lund University（隆德大学）；HUN-REN – Institute of Technical Physics and Materials Science（匈牙利研究与创新网络技术物理与材料科学研究所）；Forschungszentrum Jülich（于利希研究中心）；Uppsala University（乌普萨拉大学）
研究通过直流磁控溅射在4H-SiC(0001)上外延生长MgSnN2，展示其在可见光谱高吸收系数和绿色光电子应用的潜力。
2026-04-06 cond-mat.mtrl-sci
Conduction mechanism and switchable photovoltaic effect in (111) oriented BiFe$_{0.95}$Mn$_{0.05}$O$_{3}$ thin film
用脉冲激光沉积法在（111）取向的SrTiO_3衬底上外延生长了200 nm BiFe $_{0.95}$ Mn $_{0.05}$ O $_{3}$（BFO）薄膜。BFO薄膜具有菱面体结构，剩余极化强度为Pr = 104 $μ$ C/cm $^{2}$ .通过比较不同的导电模型的I（V）特性，我们揭示了体限制Poole-Frenkel和肖特基界面机制的存在下，每一个占主导地位，在特定的温度范围内。在室温和10 mW激光照射下，BFO薄膜的短路电流密度（Jsc）和开路电压（Voc）分别为2.25mA/cm $^{2}$和-0.55V。这种PV效应可以通过施加高于矫顽场的正电压脉冲来切换。对于低温，观察到约-4.5V（-225kV/cm）的大Voc值，这表明PV响应的本体非中心对称起源。
2019-05-04 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Magnetically Switchable Light-Matter Interaction in the Two-Dimensional Magnet CrI3
耦合不同的物理性质是物理学的一个迷人的主题。已经众所周知的是多铁性，它表现出铁电体和磁体的性质。但是铁电性本身也需要大量的光伏效应，一种产生直流电流的光与物质的相互作用。在这里，我们提出了一个磁光电效应，耦合的磁性光物质相互作用。这种现象从$\mathbf{k}$到$\mathbf{-k}$在能带结构中的晶格断裂出现，并且不需要静态极化。它不同于其他已知的体光伏机制，如移位电流。我们在一个新发现的层状磁绝缘体CrI $_3$中证明了这种现象。在反铁磁相的可见光照射下产生了记录的光电导响应（大于200 $μA V^{-2} $）。电流可以通过可控的磁相变反向和切换。我们的工作为光伏和光电子器件的研究开辟了一条新的途径，并为磁跃迁提供了灵敏的探针。
2019-08-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Tailoring Bulk Photovoltaic Effects in Magnetic Sliding Ferroelectric Materials
与晶体对称性密切相关的体光伏效应已经在各种电介质材料中被广泛研究，特别是具有可切换电极化的强度的铁电体。为了进一步设计对称性，人们可以求助于拥有额外磁自由度的自旋极化系统。在这里，我们调查的体积光伏效应在二维磁滑动铁电（MSFE）系统，说明在VSe 2，FeCl 2，和CrI3双层。在这些系统中的过渡金属元素表现出内在的自旋极化，和两个层之间的堆叠失配产生有限的面外电偶极子。通过对称性分析和第一性原理计算，我们发现光生面内体光伏电流可以通过它们的磁序和面外偶极矩进行有效的调谐。从倒易空间中的量子度规偶极分布阐明了其基本机制。MSFE的制造和操作的容易性保证了实际的光电应用。
2022-11-10 cond-mat.mtrl-sci
Crossover between bulk and interface photovoltaic mechanisms in ferroelectric vertical heterostructure
非反转对称晶体中的体光伏（BPVE）效应具有带隙以上的光电压和可开关的光电流等独特性质，在光电应用中具有巨大的潜力。由于铁电材料具有大的自发极化，因此是研究BPVE的理想平台。然而，由于体效应和界面效应之间的纠缠，确定实验观察到的光伏响应的起源往往是具有挑战性的，导致该领域的许多争论。这个问题在垂直异质结构中尤其明显，其中两种效应是可比的。在这里，我们报告了体积和界面主导的响应之间的交叉在垂直BiFeO3异质结构时，改变光子能量。我们发现，以及以上的带隙激发导致体光伏响应，但带边激发需要界面带弯曲分离的光生载流子。我们的发现不仅有助于澄清文献中相互矛盾的报道，而且为更深入地理解铁电光伏效应及其在各种器件中的应用奠定了基础。
2021-10-26 cond-mat.mtrl-sci
Flexoelectricity induced increase of critical thickness in epitaxial ferroelectric thin films
挠曲电描述了绝缘晶体中极化和应变/应力梯度之间的耦合。本文利用Landau-Ginsburg-Devonshire唯象方法，发现挠曲电性可以增加外延BaTiO 3薄膜的理论临界厚度，低于该厚度时，可切换的自发极化消失。这种增加是显着的拉伸薄膜，而微不足道的压缩薄膜由于电致伸缩引起的势垒，这很容易被破坏的挠曲电，铁电态和顺电态之间的拉伸薄膜。此外，由于挠曲电效应，即使在临界厚度以下，薄膜仍处于单极状态。
2012-04-30 cond-mat.mtrl-sci
Tri-layer superlattices: A route to magnetoelectric multiferroics?
我们探索计算形成的三层超晶格作为一种替代方法相结合的铁电性与磁性，形成磁电多铁性。我们发现三层结构对超晶格极化的贡献与传统铁电体中的典型极化相比很小，并且可切换的铁电组分可以忽略不计。相比之下，我们表明，外延应变和“负压”可以产生大的，可切换的极化是兼容的磁性共存，即使在材料中没有活跃的铁电离子。
2007-06-29 cond-mat.mtrl-sci
Large Bulk Photovoltaic Effect of Nitride Perovskite LaWN3 as Photocatalyst for Hydrogen Evolution Reaction: First Principles Calculation
本文通过第一性原理计算揭示 LaWN3 具有大介电常数、可切换位移电流和优异析氢光催化潜力，拓展了极性氮化物钙钛矿的应用。
2024-05-13 cond-mat.mtrl-sci
Ferroelectricity and strain effects in orthorhombic YMnO3 thin films
本文报道了反铁磁斜方晶YMnO_3外延[001]和[100]织构薄膜的介电性质及其在外延压应变下的变化。研究发现，在外加磁场作用下，弱应变YMnO 3薄膜的极化沿c轴方向可转换90度。当减小膜厚和增加外延应变时，铁电有序逐渐被抑制。结构，介电和磁性数据的分析表明，铁电性的抑制，当减少厚度是伴随着一个放大的比例a/b的正交结构的面内单元参数和净磁化的外观。所有结果都可以用正交晶系锰氧化物的多铁性相图来描述。
2010-12-14 cond-mat.mtrl-sci
Flexo-photovoltaic effect and above-bandgap photovoltage in halide perovskites
卤化物钙钛矿具有出色的光伏特性，其已通过界面工程进行了优化。然而，随着这些材料接近半导体结物理学所施加的限制，迫切需要探索替代方案，例如体光伏效应，其物理起源不同，不受相同限制的约束。在这种情况下，我们专注于柔性光伏效应，一种类型的体光伏效应，最近观察到的氧化物下的应变梯度。我们已经测量了弯曲下MAPbBr3和MAPbI3晶体的挠曲光伏效应，发现它比基准挠曲光伏氧化物SrTiO 3大几个数量级。对于足够大的应变梯度，可以产生大于带隙的光电压。体光伏效应是加性的，并且对于MAPbI3，挠曲光电压存在于滞后的原生体光电压之上，这与该材料的电可切换宏观偏振一致。结果表明，通过应变梯度工程利用挠曲光伏效应可以为卤化物钙钛矿提供功能性飞跃。
2023-01-04 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Promising ferroelectric metal EuAuBi with switchable giant shift current
本研究通过第一性原理计算发现拓扑半金属EuAuBi兼具巨大自发极化、适中切换势垒和低载流子浓度，并表现出巨大移位电流，提出基于移位电流测量的铁电金属验证方案。
2025-07-10 cond-mat.mtrl-sci
Smallest 90o domains in epitaxial ferroelectric films
铁电体显示自发和可切换的电极化。直到最近，铁电性被认为在纳米尺度上消失;现在，纳米铁电体正在被考虑在许多应用中。这种新的兴趣部分是由于在几个晶胞厚度的膜中观察到铁电畴，从而有希望进一步减小铁电器件的尺寸。事实证明，在缩小的尺度和维度下，材料的性质主要取决于畴形成的复杂性，也就是说，晶体分裂成沿着不同能量等效方向取向的极化区域的方式，通常彼此相距180 o和90 o。在这里，我们提出了一个向前迈出的一步，在操纵和控制的铁电畴的薄膜的生长与规则的自图案阵列的90度域只有7纳米宽。这是外延铁电体中90 °畴的最宽宽度，它保持了薄膜的横向相干性，与衬底无关。
2007-06-17 cond-mat.mtrl-sci
Enhanced Photocurrent Response in Epitaxial 0.5PZT-0.5PFN Multiferroic Thin Films
FZU - Institute of Physics of the Czech Academy of Sciences（捷克科学院物理研究所）；Catalan Institute of Nanoscience and Nanotechnology, ICN 2, CSIC and The Barcelona Institute of Science and Technology (BIST)（加泰罗尼亚纳米科学与技术研究所，西班牙国家研究委员会与巴塞罗那科学与技术学院）
本研究通过脉冲激光沉积制备高度取向的0.5Pb(Zr0.52Ti0.48)O3-0.5Pb(Fe0.5Nb0.5)O3多铁薄膜，发现其具有良好铁电性和弱铁磁性，并展现出与极化相关的显著光电流响应，证实了铁电极化与光伏效应的内在耦合。
2026-06-12 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Inducing Spontaneous Electric Polarizations in Double Perovskite Iodide Superlattices for New Ferroelectric Photovoltaic Materials
在这项工作中，我们使用密度泛函理论计算来证明如何自发电极化的强度可以诱导\textit{via}一个混合不适当的铁电机制碘钙钛矿，一个家庭众所周知的显示太阳能最佳的带隙，创造新的材料的光铁性应用。我们首先使用中心对称的$AB$ I $_3$钙钛矿碘化物（其中$A$ = Cs、Rb、K和$B$ = Sn、Ge）组装三种化学上不同的（$A$ $A^{\prime}$）（$B$ $B^{\prime}$）I $_6$双钙钛矿。在每个超晶格中，我们研究了三种类型的$A$ -和$B$ -网站阳离子排序计划和三种不同的$B$ I $_6$八面体旋转模式的影响。在这27种组合中，我们发现有15种产生极性空间群，并显示范围从0.26到23.33 $μ$ C/cm $^2$的自发电极化的强度。此外，我们发现，一个分层的$A$ -网站/岩盐$B$ -网站的顺序，在存在的$a^0a^0c^+$旋转模式，产生手性的“涡旋状”$A$ -网站的位移模式。然后，我们研究了外延应变对这些系统之一，（CsRb）（SnGe）I $_6$，层状和岩盐有序配置的效果。在这两个阶段中，我们发现强烈的竞争之间的阳离子订购计划，以及在拉伸应变下的自发极化幅度的增强。最后，使用先进的功能，我们表明，这些化合物显示低的带隙范围从0.2至1.3 eV。这些结果表明，阳离子有序化和外延应变是诱导和控制技术上有用的材料家族中的新功能的有…
2018-04-18 cond-mat.mtrl-sci
Single-layer graphene on epitaxial FeRh thin films
石墨烯是一种二维材料，具有优异的电子输运性能，在许多领域具有广阔的应用前景。例如通过磁性材料的接近来诱导和控制石墨烯层中的磁性可以使其能够在自旋电子器件中使用。本文介绍了外延FeRh薄膜表面单层石墨烯的制备和详细表征。由于相互关联的序参量，FeRh表面的磁状态可以由温度、磁场或应变控制。通过X射线光电子能谱和X射线吸收光谱、低能离子散射、扫描隧道显微镜和低能电子显微镜对石墨烯层的表征表明，石墨烯是单层、多晶的，并且覆盖超过97%的衬底。石墨烯在FeRh（001）表面上显示出几种优先取向，其中石墨烯的单位矢量相对于FeRh基底单位矢量旋转30°、15°、11°和19°。此外，石墨烯层能够保护膜在暴露于空气中数月时免受氧化。因此，它还可以在磁性元件的制造期间用作保护层或用作原子级薄的间隔物，这使得能够在先进设备中的2D材料的堆叠内并入可切换的磁性层。
2020-01-17 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
Dissipationless Photovoltaic Spin Hall Effect from Spin-current Vorticity
Shenzhen University（深圳大学）；The University of Hong Kong（香港大学）
该研究揭示源于自旋电流涡度的无耗散光伏自旋霍尔效应，其机制由贝利曲率和量子度规调控，可通过光螺旋度或奈尔矢量切换，为理解无耗散非线性自旋霍尔输运提供统一概念。
2026-08-14 cond-mat.mtrl-sci
Switchable Polarization in an A-site Deficient Perovskite through Vacancy and Cation Engineering
Kyoto University（京都大学）；Nantes Université（南特大学）；The University of Tokyo（东京大学）；Japan Fine Ceramics Center（日本先进陶瓷中心）；Kyushu University（九州大学）；Pennsylvania State University（宾夕法尼亚州立大学）
通过空位和阳离子工程，A位贫缺的钙钛矿Y$_{1/3}$TaO$_3$实现了室温铁电性，其有序缺陷结构通过旋转而非极性不稳定性克服了结构不稳定性，从而增强极化。
2025-11-03 cond-mat.mtrl-sci
Strong Bulk Photovoltaic Effect in Planar Barium Titanate Thin Films
体光伏效应（BPE）导致从非对称材料产生光电流。尽管由于其产生高于带隙（$E_g$）的光电压的能力而引起了很多关注，但由于产生的光电流低，其被认为是弱效应。在这里，我们表明，一个非常高的光响应，可以通过利用简单的平面钛酸钡$_3$（BTO）薄膜中的BPE，仅仅通过调整其基本的铁电性能通过应变和生长取向诱导的外延生长在不同的衬底上。我们发现一个非单调依赖的响应率（$R_{\rm SC}$）上的铁电极化（$P$），并获得一个非常高的BPE系数（$β$）的$\approx$ 10 $^{-2}$ 1/V，这是我们所知道的最高的标准平面BTO薄膜的日期报告。我们发现，标准的第一性原理为基础的描述BPE在散装材料不能占我们的薄膜所观察到的光电流趋势，因此提出了一种新的机制，阐明$P$和铁电薄膜的响应度之间的基本关系。我们的研究结果表明，在标准的平面膜几何形状的铁电photopolics的实际应用，可以通过仔细的联合优化的体结构，光吸收，和电极吸收剂的界面特性。
2022-12-13 cond-mat.mtrl-sci
Anion order and spontaneous polarization in LaTiO\textsubscript{2}N oxynitride thin films
钙钛矿型氧氮化物LaTiO \textsubscript{2} N是一种很有前途的可见光光催化分解水的材料。实现这种材料和类似材料的更高效率的障碍之一源于电荷载流子复合，其可以被极性材料中的内置电场抑制。在本研究中，我们利用密度泛函理论研究了外延应变LaTiO \textsubscript{2} N薄膜的自发极化。研究了外延应变对负离子有序度、面外极化、极化反转能垒和相应矫顽场的影响。我们发现，当压应变大于4%时，晶体中稳定的阴离子有序沿面外方向是极性的，并且具有与其它可开关铁电体相当的矫顽场.我们的结果表明，应变LaTiO \textsubscript{2} N确实可以抑制载流子复合并导致光催化活性增强。
2017-09-30 cond-mat.mtrl-sci
Reversible Thermal Strain Control of Oxygen Vacancy Ordering in an Epitaxial La$_{0.5}$Sr$_{0.5}$CoO$_{3-δ}$ Film
过渡金属氧化物中氧空位有序结构之间的可逆拓扑结构转变为主动调控材料性质提供了一种有前途的策略。虽然在体相ABO $_{3-δ}$钙钛矿中已经实现了各种缺氧相之间的转变，但衬底夹持限制了外延膜中不同有序图案的形成。使用原位扫描透射电子显微镜（STEM），我们图像的热驱动可逆转变在La $_{0.5}$ Sr $_{0.5}$ CoO $_{3-δ}$薄膜上的SrTiO $_3$从多域brownmillerite（BM）结构的均匀相，其中氧空位在每三个CoO $_x$平面。由于温度循环是在有限的温度范围（25 °C - 385 °C）内进行的，因此缺氧参数$δ$不会发生可测量的变化。在恒定的$δ$下，拓扑转变通过热应变驱动的氧空位的局部重排进行。原子分辨率成像揭示了一个两步过程，其中交替的垂直和水平取向的BM域首先在尺寸上缩放以适应La $_{0.5}$ Sr $_{0.5}$ CoO $_{3-δ}$和SrTiO $_3$的不同热膨胀引起的应变，然后新相成核并在360 °C以上快速生长。在冷却时，膜转变回混合BM相。由于结构转变是完全可逆的，并且$δ$在温度循环时不发生变化，因此我们排除了STEM过程中的电子束辐照作为驱动机制。相反，我们的研究结果表明，热应变可以单独驱动钙钛矿氧化物薄膜中的拓扑相变，为可切换的离子器件提供了机会。
2019-11-06 cond-mat.mtrl-sci
Multiple sliding ferroelectricity of rhombohedral-stacked InSe for reconfigurable photovoltaics and imaging applications
本研究在未掺杂的菱方堆叠 γ-InSe 中观察到多重状态的滑移铁电性，并基于 graphene/γ-InSe/graphene 隧道器件实现了电场可调的体光伏效应与快速实时成像，拓展了二维滑移铁电材料在光伏与成像领域的应用潜力。
2024-07-31 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Epitaxial Phases of BiMnO$_3$ from First Principles
块体BiMnO $_3$是唯一的过渡金属钙钛矿氧化物，是绝缘的，并显示出强铁磁性。如果它也是极性材料，这种独特的行为将使它成为磁电多铁性的有希望的候选者，但是实验已经表明，大块BiMnO $_3$具有非常小的极化（低于0.1~ $μ$ C/cm $^2$），或者最有可能的是，它是顺电的。也有实验证据表明，在SrTiO $_3$上生长的BiMnO $_3$ { \em膜}中的极化可以高达20-$μ$ C/cm $^2$。尽管这些行为的兴趣，作为外延应变的函数的BiMnO $_3$的图仍然在很大程度上未被探索。在这篇文章中，我们用第一性原理预测，无论是在足够的压缩和拉伸外延应变BiMnO $_3$薄膜是铁电巨极化约100~ $μ$ C/cm $^2$。所显示的薄膜相是类似的实验发现的BiFeO $_3$在类似的条件下-在压缩应变，该膜是supertetraxide与一个大的组件的极化指出了平面外，而在拉伸应变的极化点主要在平面内。像在BiFeO $_3$薄膜，这些阶段是反铁磁性--轨道有序负责在BiMnO $_3$的铁磁性是缺乏在极性相。我们的计算还表明，这些BiMnO $_3$膜的带隙的一些是基本上小于间隙通常发现在铁电氧化物，这表明它可能是一个合适的材料用于光伏应用。
2015-03-28 cond-mat.mtrl-sci
Resolving the Intrinsic Bandgap and Edge Effect of BiI3 Film Epitaxially Grown on Graphene
具有层状结构、适当带隙和高载流子迁移率的二维材料在光电子和光伏器件中具有潜在的应用前景，引起了人们极大的兴趣。采用分子束外延（MBE）方法在石墨烯封端的6 H-SiC（0001）衬底上生长了原子厚度可控的BiI 3薄膜。利用扫描隧道显微镜（STM）研究了BiI 3薄膜的生长动力学过程和结晶特性。扫描隧道光谱（STS）揭示了2.8 eV的单层BiI 3的带隙与膜厚度的几层BiI 3，这大大超过了以前报道的宏观光学测量确定的值弱依赖。这种差异源于BiI 3的边缘效应，其使带隙下移至1.5 - 1.6 eV，如STS曲线所示，并由密度泛函理论（DFT）计算进一步证实。我们的工作提供了一种制备高质量单层BiI 3薄膜的方法，解决了BiI 3薄膜的本征带隙以及边缘效应对带隙减小的影响，不仅对基础研究，而且对纳米电子和光电应用都有重要意义。
2021-03-12 cond-mat.mtrl-sci
Photoinduced electromotive force on the surface of InN epitaxial layers
我们报道了在蓝宝石衬底上生长的c轴取向InN外延膜表面光生电动势的产生。研究发现，在上述带隙光的照射下，在这些层表面的不同部分上产生不同大小和极性的电动势。这种效应与表面光伏效应或Doppler电位效应不同，这两种效应都导致EMF在整个层厚度上发展，而不是在表面上的不同触点之间发展。这些层也被发现显示负光电导效应。表面光电动势和负光电导之间的相互作用导致了一种独特的情况，其中光致电导率变化的幅度和符号变得依赖于偏压。一个理论模型的开发，其中这两种效果都归因于2D电子气（2DEG）通道形成的膜表面下面的结果，从某些施主的表面活性剂，这是可能导致由于某些基团/吸附原子的吸附在膜表面上的电子转移。在该模型中，光电动势效应的解释在这些基团/吸附原子在表面上的空间不均匀分布，导致在限制2DEG的电位分布的深度分布的横向不均匀性。在这些层的表面电位分布中确实存在这种不均匀性。
2017-06-16 cond-mat.mtrl-sci
Two-stage growth for highly ordered epitaxial C$_{60}$ films on Au(111)
针对单层以上C₆₀薄膜有序度低的问题，研究开发了两阶段生长技术，在Au(111)衬底上制备出1至20ML的高质量单畴C₆₀薄膜，可直接观测电子能带色散，为长程有序有机薄膜生长提供新路径。
2024-04-15 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
Electronic mobility, doping, and defects in epitaxial $\mathrm{BaZrS_3}$ chalcogenide perovskite thin films
本文研究了外延BaZrS₃薄膜的电子输运性质，发现硫空位浅施主在空气中转化为中性氧缺陷导致性质变化，并提出了稳定电子性质的策略。
2025-06-03 cond-mat.mtrl-sci
High quality epitaxial piezoelectric and ferroelectric wurtzite Al$_{1-x}$Sc$_x$N thin films
针对溅射法制备的Al$_{1-x}$Sc$_x$N薄膜多晶、漏电流高的问题，本文通过脉冲激光沉积在蓝宝石和4H-SiC衬底上制备出单晶外延薄膜，x=0.3时仍保持纯纤锌矿相，压电系数提升5倍且极化可切换，适用于高频RF滤波器等器件。
2024-08-21 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Laser Liftoff of GaAs Thin Films
单晶III-V族衬底的高成本限制了GaAs和相关闪锌矿III-V族材料在许多应用中的使用，尤其是光致发光。将外延生长的层与生长衬底分离可以降低成本，然而，使用酸来横向蚀刻外延牺牲层的当前方法是缓慢的并且可能损坏其他器件层。在这里，我们展示了一种新的方法，该方法的速度快了几个数量级，并且在选择其他器件层时具有更大的自由度。我们展示了无损伤的去除外延单晶GaAs膜从其GaAs生长衬底使用的激光器，该激光器被吸收的较小的带隙，假晶层生长之间的衬底和GaAs膜。剥离过程将GaAs膜转移到柔性聚合物衬底上，并且转移的GaAs层在结构质量上与其生长衬底不可区分。
2014-08-08 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Robust Material Properties in Epitaxial In$_2$Te$_3$ Thin Films Across Varying Thicknesses
本研究探究了不同厚度外延In₂Te₃薄膜的材料特性，发现其特性对厚度依赖性极小（与其他硫属化物形成对比），并通过多种表征技术揭示了这一现象源于其共价键结构。
2025-10-21 cond-mat.mtrl-sci
Colloquium: Physical properties of group-IV monochalcogenide monolayers
我们调查的国家的最先进的铁电和铁弹IV族单硫属化合物单层的知识。这些半导体具有显着的结构和机械性能，如可切换的面内自发极化，软弹性常数，结构简并性和热驱动的二维结构转变。此外，这些2D材料还显示出选择性谷激发、谷霍尔效应和持久的自旋螺旋行为。在描述了它们的拉曼光谱之后，还讨论了它们缺乏中心对称性所引起的光学性质-例如异常强的二次谐波强度、大体积光伏效应、光致伸缩和可调谐激子结合能-。在这些材料中观察到的物理性质源于（相关）其固有的和可切换电极化的强度，并且在此审查的物理行为可以用于非易失性存储器，valleytronic，自旋电子和光电子器件：这些2D多铁性丰富和多样化的2D材料工具箱。
2020-09-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Ultrathin AlScN for low-voltage driven ferroelectric-based devices
AlScN中铁电性的厚度缩放是其在神经形态计算和存储设备中的潜在应用的决定因素。在这封信中，我们报告在室温下铁电开关的10 nm的Al0.72Sc0.28N薄膜。采用磁控溅射法在GAN/蓝宝石衬底上生长了全外延Al0.72Sc0.28N/Pt异质结构，并采用原位Pt覆盖法避免了Al0.72Sc0.28N薄膜表面的氧化。通过X射线衍射和透射电子显微镜的结构表征揭示了既定的外延。由此获得的高品质的界面结合原位盖帽预计将促进铁电开关的AlScN在dielectric制度。的相对介电常数和矫顽场的依赖关系的Al0.72Sc0.28N膜厚度在100 nm至10 nm的范围内的分析表明，只有适度的缩放效应，这表明铁电性的临界厚度尚未接近。此外，沉积的层堆叠证明了使用溅射沉积技术将外延铁电AlScN包括到全外延GaN基器件中的可能性。因此，我们的工作突出了集成和缩放潜力的所有外延外延AlScN提供高存储密度与低电压操作所需的最先进的铁电存储器设备的状态配对。
2022-07-05 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Kinetic control of ferroelectricity in ultrathin epitaxial Barium Titanate capacitors
University of Southern California（南加州大学）；Georgia Institute of Technology（佐治亚理工学院）；Intel Corporation（英特尔公司）
通过操控脉冲激光沉积过程中等离子体的动能，实现超薄铁电电容器异质结构的高性能铁电特性，如低开关电压、长保持时间和高耐久性。
2024-07-19 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Suppression of Phase Separation in AlGaInAs Compositionally Graded Buffers for 1550 nm Photovoltaic Converters on GaAs
本研究通过高失配角衬底和Zn掺杂抑制AlGaInAs渐变缓冲层中的相分离，降低穿透位错密度，实现了0.74 eV GaInAs器件在1570 nm激光下31.9%的峰值转换效率，为规模化应用提供路线图。
2024-11-05 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Phase-Transition-Driven Hyperbolic Optical Response and Directional Polaritons in Epitaxial VO2 Thin Films
Sapienza University（罗马第一大学）；INFN - Laboratori Nazionali di Frascati（意大利国家核物理研究所-弗拉斯卡蒂国家实验室）；Universita' di Camerino（卡梅里诺大学）；INFN, Turin unit（意大利国家核物理研究所都灵分部）；Rome International Centre for Material Science Superstripes（罗马材料科学超条纹国际中心）；INFN - Sezione di Roma（意大利国家核物理研究所罗马分部）
研究揭示单晶VO2薄膜中相变驱动的双曲光学响应及方向极子特性，通过光谱测量揭示金属金红石相中显著的各向异性，为可调光子器件提供新平台。
2026-04-29 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Tunneling electroresistance effect in ferroelectric tunnel junctions at the nanoscale
铁电材料的稳定和可切换的极化开启了电控制其功能行为的可能性。一种特别有前途的方法是采用铁电隧道结，其中铁电势垒中的极化反转改变穿过结的隧穿电流。在这里，我们证明了可重复的隧道电阻效应，使用压电响应力显微镜（PFM）和导电原子力显微镜（C-AFM）的纳米厚的外延钛酸钡单晶薄膜SrRuO 3底部电极上的技术相结合。铁电和电子输运性质之间的相关性建立了直接纳米尺度可视化和控制的极化和隧道电流在钛酸钡薄膜。所获得的结果示出了在室温下在20 nm的横向尺度上极化反转时电阻的变化约两个数量级。这些结果是有前途的采用铁电隧道结在非易失性存储器和逻辑器件，不涉及作为状态变量的电荷。
2009-06-08 cond-mat.mtrl-sci
Wafer-scale arrayed p-n junctions based on few-layer epitaxial GaTe
二维（2D）材料以其柔性、透明和高度可调谐的优越性在电子和光电子应用中引起了极大的关注。无间隙石墨烯表现出超宽带和快速的光响应，而2D半导体MoS 2和GaTe则对可见光具有高灵敏度和可调响应性。然而，器件的良率和可重复性要求进一步改进2D材料以呈现大规模的均匀性。在这里，我们报告了一个逐层生长的晶圆级碲化镓的空穴迁移率为28.4厘米2/Vs的分子束外延。阵列式pn结是在3英寸硅片上直接生长少层GaTe而形成的。结果表明，该器件具有良好的整流特性和光响应特性，最大光响应度为2.74A/W，光伏外量子效率高达62%。光电流达到饱和的速度足以捕获22 μs的时间常数，并且在137万次操作循环后没有显示出器件退化的迹象。最引人注目的是，这种高性能已经在整个晶圆上实现，使器件的批量生产成为可能。最后，利用GaTe/Si光电二极管获得了几幅具有合理对比度和空间分辨率的光图像，首次展示了将二维材料与硅技术集成在新型光电子器件中的潜力。
2016-01-11 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Ferroelectricity promoted by cation/anion divacancies in SrMnO$_3$
采用密度泛函理论（DFT）研究了Sr-O空位对对SrMnO $_3$（SMO）电极化的强度的影响.这是由复合氧化物中的铁电性可以通过外延应变以及\textit{via}缺陷化学来工程化的指示激发的。我们的研究结果表明，本征掺杂的阳离子和阴离子双空位可以诱导局部极化在无应变的非极性SMO薄膜和铁电状态可以稳定低于临界应变的化学计量材料。这种极性通过与缺陷对相关的电偶极子及其与缺陷形成时的原子弛豫的耦合来促进，所述缺陷形成时的原子弛豫包围缺陷周围的区域。这表明极性缺陷对影响半导体反铁磁SMO中的应变相关铁电性。对于金属铁磁SMO，我们发现由于更强的电子屏蔽，缺陷偶极子和极化之间的耦合要弱得多。在足够高的浓度下耦合的缺陷对偶极子随着其可切换的取向，从而使他们成为一个有前途的路线，影响复杂的过渡金属氧化物薄膜的铁电转变。
2021-05-19 cond-mat.mtrl-sci
Band offset and gap tuning of tetragonal CuO-SrTiO3 heterojunctions
在这项工作中，我们分析了电子结构之间的交界处的SrTiO 3（001）单晶和薄的tetraxis CuO层，离轴RF溅射生长。的薄膜生长的详细表征，原子力显微镜和X射线光电子衍射测量的基础上，证明了外延生长。我们报告了几个标记的厚度相关的修改的膜间隙，发现在两个铜2 p和价带光谱;通过光谱椭圆偏振分析，我们提供了一个直接的证据的带隙增加的四角CuO层（1.57 eV）相对于较厚的单斜CuO层（1.35 eV）。根据集团计算和DFT+U模拟进一步讨论了这一现象。最后，我们报告了完整的实验带结图，显示了适合于电荷分离应用的交错配置，如光致发光和光催化;由于间隙加宽效应，在非常低（<3 nm）的膜厚度下观察到这种配置。
2019-01-30 cond-mat.mtrl-sci
Nanoscale Bandgap Tuning across an Inhomogeneous Ferroelectric Interface
我们报告纳米级的带隙工程通过一个局部应变的非均匀的铁电界面，这是由可见光激发的探测电压控制。研究了开关光伏效应和光电流的光谱响应，以说明可逆的带隙变化（~0.3eV）。这种局部应变工程的带隙已进一步揭示了原位探针电压辅助价电子能量损失谱（EELS）。相场模拟和第一性原理计算也被用于说明大的局部应变和带隙变化的铁电钙钛矿氧化物。这种可逆的带隙调谐在复杂的氧化物演示了一个框架的理解opticallyrelated行为（光伏，光电发射，光催化剂效应）的影响序参量，如电荷，轨道和晶格参数。
2017-09-26 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Large elasto-optic effect and reversible electrochromism in multiferroic BiFeO3
光场的控制通常通过单晶铁电或极性化合物如LiNbO 3或石英中的电光或声光效应来实现。近年来，铁电氧化物薄膜技术取得了巨大的进展，该领域现在是电子学、自旋电子学和光电子学等领域的强大驱动力。在这里，我们应用外延应变工程调整BiFeO 3薄膜的光学响应，并发现一个非常大的变化的光学指数与应变，对应于一个有效的弹光系数大于石英。我们观察到一个伴随的应变驱动的光吸收的变化-让人想起压致变色-我们可以通过电场操纵。这构成了可逆的、可恢复的且不受缺陷驱动的电致变色效应。这些发现拓宽了多铁性材料在光子学和薄膜声光器件方面的应用前景，并提出了铁性、压电和光学响应耦合所带来的令人兴奋的器件机会。
2017-08-29 cond-mat.mtrl-sci
Irreducible sub-nm$^2$ ferroelectric domains by 2D-flat polar band in perovskite superlattices
Ulsan National Institute of Science and Technology (UNIST)（蔚山科学技术院）
在钙钛矿超晶格中发现二维平坦极性带，产生不可约亚纳米平方铁电畴，密度超300 Tbit/cm²，为超高密度低功耗存储器件提供新途径。
2026-09-14 cond-mat.mtrl-sci
Inversion-symmetry engineering in sub-unit-cell-layered oxide thin films
反演对称性破缺是凝聚态科学中一个普遍存在的概念。一方面，它是许多技术相关效应的先决条件，如压电性、光伏和非线性光学性质以及自旋输运现象。另一方面，它可以确定抽象的属性，如量子材料中的电子拓扑结构。因此，创造可以通过设计打开或关闭反转对称的材料可能是控制宇称相关现象和功能的最终途径。在这里，我们的工程师的对称性的外延氧化物薄膜的子单元生长控制。我们可逆地激活和失活的层状六方锰氧化物，h-RMnO $_3$与R = Y，Er，Tb的反转对称性。虽然奇数个半单元电池层通过其MnO $_5$双锥体的布置而表现出反转对称性的破坏，但是偶数个这样的半单元电池层呈现中心对称结构。在这里，我们通过光学二次谐波产生跟踪原位生长来控制由此产生的对称性。此外，我们证明了我们的对称性工程的R的选择，甚至在异质结构混合成分与不同的R在一个二维的生长模式独立。因此，原子水平上的对称性工程提出了一个新的平台，在氧化物-电子外延薄膜的可控激活和失活的电致发光功能。
2020-05-18 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Direct imaging and control of Berry curvature in noncollinear antiferromagnetic single-crystal thin films
University of Wisconsin-Madison（威斯康星大学麦迪逊分校）；University of California, Irvine（加州大学尔湾分校）；University of Nebraska, Lincoln（内布拉斯加大学林肯分校）；University of Oxford（牛津大学）；University College London（伦敦大学学院）；STFC Rutherford Appleton Laboratory（英国科学与技术设施委员会鲁瑟福阿普尔顿实验室）
本研究成功制备非共线反铁磁体Mn₃NiN单晶外延薄膜，实现其Berry曲率的直接成像与调控，揭示畴的温度依赖开关特性，为自旋电子学应用提供基础支撑。
2025-10-22 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Domain-engineered ferroelectric BiFeO$_3$ thin films for efficient bias-free THz emission
本研究通过工程化铁电畴构型，证明多畴BiFeO$_3$薄膜可增强太赫兹发射，并揭示超快屏蔽为主要机制，为无偏置太赫兹源提供设计参数。
2026-10-02 cond-mat.mtrl-sci
