Tunable and temporally stable ferroelectric imprint through polarization coupling
在这里，我们展示了一种方法来调整铁电印记，这是稳定的时间，基于ZnO的不可切换的极化和PbZrxTi（1-x）O3的可切换的极化之间的耦合。生长了不同ZnO厚度的SrRuO 3/PbZrxTi（1-x）O3 /ZnO/SrRuO 3异质结构。结果表明，矫顽电压和铁电印记随ZnO厚度的变化呈线性关系。研究还表明，铁电压印在电场循环和电场应力辅助时效下保持稳定。
2016-04-19 cond-mat.mtrl-sci
Intrinsic inverse band gap versus polarization relation in ferroelectric materials
针对铁电体带隙大导致太阳能转换效率低的问题，本研究通过高通量与第一性原理方法筛选出15种带隙-极化呈本征反比关系的铁电材料，为设计小带隙大极化铁电体提供了新路径。
2025-05-22 cond-mat.mtrl-sci
Anomalous Pressure-Enhanced Polarization in Sliding Ferroelectrics
Cornell University（康奈尔大学）；Nanyang Technological University（南洋理工大学）；National Institute for Materials Science（物质材料研究机构）
研究发现流体静压力可增强滑动铁电体（平行堆叠双层氮化硼）的极化，而非抑制，极化近似线性增加80%至1.66 GPa，为超薄滑动电子存储器提供调控手段。
2026-09-28 cond-mat.mtrl-sci
Evaluation of polarization characteristics in metal/ferroelectric/semiconductor capacitors and ferroelectric field-effect transistors
在这项研究中，我们提出了一种测量技术，用于评估铁电场效应晶体管（FeFET）的铁电极化特性。与标准的金属/铁电/金属电容器不同，在使用快速电压扫描作为输入评估铁电性能时，必须仔细考虑半导体衬底中的耗尽和反转现象。发现非平衡深耗尽是精确评估金属/铁电/半导体电容器铁电性能的限制因素。通过在极化测量期间将FeFET的源极、漏极和衬底连接在一起，可以抑制深耗尽并且可以准确地评估铁电栅极的铁电性。本技术是一个强大的方法，用于捕获FeFET中的极化状态，使新的方法用于器件表征和基础研究，并克服了在2端金属/铁电/半导体电容器的常规极化测量中发现的限制。
2020-06-16 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Ultrafast reversal of the ferroelectric polarization
长期以来，以超快速度操纵铁电体的能力一直是材料研究的一个难以捉摸的目标。用超短光脉冲相干激发铁电模式有望在飞秒时间尺度上切换铁电极化，与今天用脉冲电场可能的情况相比快两个数量级。在这里，我们报告的演示超快光学反转的铁电极化铌酸锂。而不是直接驱动铁电模式，我们耦合到它间接的辅助高频声子模式与飞秒中红外脉冲的共振激发。由于这些模式之间的强非谐耦合，原子沿铁电模式定向位移，极化瞬时反转，如时间分辨，相敏二次谐波产生所揭示的。这种逆转可以在两个方向上引起，这是实际应用的关键先决条件。
2017-03-24 cond-mat.mtrl-sci
Enhancing piezoelectricity through polarization-strain coupling in ferroelectric superlattices
用密度泛函理论研究了BaTiO 3（BTO）/PbTiO 3（PTO）短周期铁电/铁电超晶格。与顺电/铁电超晶格的趋势相反，PTO浓度低于50%时，极化几乎保持恒定。此外，观察到c/a比显著降低至PTO值以下。使用超晶格有效哈密顿量，我们预测的d33压电系数峰值在约75%PTO浓度由于PTO和BTO层中的不同的极化应变耦合的增强。进一步的分析表明，这些趋势是本体性质，其是由BTO层中的极化饱和引起的降低的$P$的结果。
2009-01-09 cond-mat.mtrl-sci
Unique features of polarization in ferroelectric ionic conductors
同时也是离子导体的铁电体为具有高可调谐性的新应用提供了可能性，特别是如果相同的原子种类导致这两种现象。特别地，在刚好低于居里温度的温度下，极化状态可以是可持续的，因为移动物质以受控的方式被驱动越过支配离子传导的能量势垒，导致对极化的独特控制。最近在CuInP2S6中证明了这种可能性，CuInP2S6是一种层状铁电离子导体，其中Cu离子引起铁电性和离子导电。在这里，我们表明，常用的方法来计算的极化铁电体中不断变化的原子配置使用现代极化理论，即协同（同步）迁移的位移离子，是不太适合描述的极化演变为铜离子跨越范德华间隙。我们介绍了一个异步铜迁移方案，它反映了铜离子迁移的物理过程，解决了困难，并描述了正常的铁电开关和跨越范德华能隙的过渡的极化演化，提供了一个单一的框架来讨论铁电离子导体。
2021-07-21 cond-mat.mtrl-sci
Limitations to Electrical Probing of Spontaneous Polarization in Ferroelectric-Dielectric Heterostructures
从材料科学的角度来看，准确估计铁电-电介质叠层中的铁电极化是重要的，并且它对于基于铁电的电子器件的发展也是至关重要的。本文通过理论推导和数值模拟，回顾了PUND技术在金属-铁电-介质-金属（MFDM）结构中的理论和应用。在MFDM结构中，PUND技术的结果可能在很大程度上不同于在叠层中实际切换的极化，这又不同于下面的铁电体的剩余极化。因此，主要的障碍，防止PUND测量提供一个很好的估计MFDM堆栈中的偏振开关进行了讨论。所涉及的物理量，并不总是在实验中访问的检查，提供了一个有用的洞察力的主要来源的错误的PUND技术，并澄清了微妙的相互作用之间的去极化场和电荷注入和捕获MFDM堆栈与薄介电层。
2022-04-12 cond-mat.mtrl-sci
Modulation of Polarization and Metallicity in Janus Sliding Ferroelectrics
Indian Institute of Science（印度科学学院）
研究通过密度泛函理论分析了基于过渡金属二硫化物的Janus滑动铁电双层，发现其内在电场可调节层间极化和电子带结构，从而提高极化并减少带隙，为设计低带隙铁电体和潜在铁电金属提供新路径。
2025-12-22 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
Polarization branches and optimization calculation strategy applied to ABO3 ferroelectrics
从实用计算的角度出发，对几种铁电材料的Berry相极化计算进行了研究。结果表明，解释的结果是特定的每一种情况下，由于在现代理论中的极化的多值方面。几乎所有研究的例子都显示出模糊的极化结果，这可能很难解决，特别是对于包含大量原子的超级电池。出于这个原因，已经提出了一个程序，以尽量减少所需的计算产生一个明确的极化结果从贝里相位极化调查。
2017-04-25 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
Polarization Relaxation Induced by Depolarization Field in Ultrathin Ferroelectric BaTiO$_3$ Capacitors
研究了高质量SrRuO $_{3}$ /BaTiO $_{3}$ /SrRuO $_{3}$在去极化场$E_{d}$作用下的极化弛豫行为。$E_d$值通过实验从施加的外部场确定，以停止净极化弛豫。这些值与静电计算的值一致，表明在铁电层内部的大的$E_{d}$可以引起严重的极化弛豫。对于许多电容器结构的铁电器件，这种效应将设置比临界厚度问题更严格的尺寸限制。
2005-10-14 cond-mat.mtrl-sci
Cation ordering induced polarization enhancement for $PbTiO_3$-$SrTiO_3$ ferroelectric-dielectric superlattices
本文采用一种有效的计算材料设计方法（团簇展开）对铁电$PbTiO_3$ / $SrTiO_3$体系进行了研究。通过探索包含超过$3 \times 10^6$候选物的有序空间，确定了两种特殊的阳离子有序构型：完全或混合1/1（101）超晶格，其铁电极化强度比（001）超晶格提高了约100%.分析这两种特殊结构揭示了反铁电畸变（AFD）和铁电极化（FE）模式之间的奇异耦合，例如，沿x或y轴倾斜，在z方向偏振，作为该系统中最佳偏振特性的原点。确定的阳离子有序基序和奇异的AFD-FE耦合可以为设计多功能钙钛矿异质结构提供新的思路。
2014-09-05 cond-mat.mtrl-sci
Switchable polarization in non-ferroelectric SrTiO$_3$
基于密度泛函理论发现本征缺陷可使非铁电SrTiO$_3$产生可切换的强自发极化，为缺陷工程材料设计开辟新途径。
2025-06-02 cond-mat.mtrl-sci
High-Symmetry Polarization Domains in Low-Symmetry Ferroelectrics
我们目前的实验证据的铁电聚合物PVDF-TrFE薄膜具有较低的正交晶体对称性的六方晶畴小面。这种效应可以由纯粹的静电去极化力引起。我们表明，在对比磁泡形状域，这种类型的变形不稳定性具有显著的椭圆形字符，更对称的圆谐波的出现是有利的铁电体与高介电常数。
2013-09-02 cond-mat.mtrl-sci
Ferroelectric Polarization Reversal vs Pump Spot Shape
最近的研究表明，铁电体的极化可以强烈地受到光泵浦的影响，甚至可以在创纪录的短亚皮秒时间尺度内被中红外泵浦瞬时反转。然后提出，极化反转最有可能被在该过程中出现的去极化场阻止。为了最大限度地减少退偏场的影响，我建议通过选择相应的泵浦光斑形状来创建细长域。我计算了一个特定的实验装置与中红外泵浦的偏振动力学，并表明在这种情况下，偏振反转是可能的。
2021-08-16 cond-mat.mtrl-sci
Polarization Controlled Ohmic to Schottky Transition at a Metal/Doped Ferroelectric Interface
铁电极性位移最近已被观察到在导电电子掺杂钛酸钡。铁电相和导电性的共存为新功能打开了大门，这可能为新型器件应用提供独特的途径。利用第一性原理方法和静电模型，研究了电子掺杂BaTiO 3（n-BaTiO 3）的可切换极化对SrRuO 3/n-BaTiO 3（001）界面电子性质的影响。铁电极化控制界面处电子电荷的积累或耗尽，并且n-BTO导带的相关弯曲决定了跨界面的传输机制。该接口具有肖特基隧道势垒的一个极化方向，而欧姆接触是存在的相反的极化方向，导致与极化反转的界面电阻的大的变化。计算揭示了一个大的（五个数量级）的变化，在界面电阻的极化切换的结果。
2013-10-14 cond-mat.mtrl-sci
Phase transitions and polarization switching in quasi-one-dimensional organic ferroelectrics of phenyltetrazole family
Yukhnovskii Institute for Condensed Matter Physics（尤赫诺夫斯基凝聚态物理研究所）
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
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
Polarization Engineering of the Orbital Hall Conductivity in Two-dimensional Ferroelectric Higher-Order Topological Insulator Tl$_2$S and SnS
Shanghai University（上海大学）；Southern University of Science and Technology（南方科技大学）
研究揭示了二维铁电高阶拓扑绝缘体中极化方向对轨道传输行为的影响，通过极化控制实现轨道霍尔电导的调控，展示了极化在调控高阶拓扑和轨道传输中的关键作用。
2026-04-20 cond-mat.mtrl-sci
Low Operation Voltage Ferroelectric Field-Effect Transistor Based on Polarization Rotation Effect
利用Landau-Ginzburg-Devonshire理论模型研究了极化旋转对金属氧化物半导体场效应晶体管性能的影响。在这个分析模型中，退极化场，极化旋转和掺杂硅衬底的静电特性被认为是说明铁电氧化物的尺寸效应和极化在每个方向上的稳定性。基于此模型，我们证明了MOSFET的操作可以通过极化重取向与低的工作电压，如果选择适当的厚度的铁电氧化物。极化重取向可以提高硅衬底的表面电势，导致低于60 mV/decade的亚阈值摆幅S。我们相信，该模型可以提供指导，在设计低工作电压和低有源功耗的电子逻辑器件。
2015-07-02 cond-mat.mtrl-sci
Bernoulli principle in ferroelectrics
Jozef Stefan Institute（约泽夫·斯特凡研究所）；University of Picardie（皮卡第大学）；Southern Federal University（南方联邦大学）
本研究将经典伯努利原理推广至铁电纳米棒，揭示了截面变化导致极化通量守恒，从而产生极化增强、减弱及拓扑结构（如极化气泡、涡旋和霍普夫子）的机制。
2026-06-02 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
Intrinsic ionic screening of the ferroelectric polarization of KTP
在铁电材料中，由于可动自由电荷与固定的晶格偶极子之间的库仑相互作用，可动电荷与晶格极化相互作用。我们已经研究了这种相互屏蔽KTiOPO 4，铁电/超离子单晶中的移动电荷是K+离子。靠近晶体表面的离子积累导致二次谐波产生的数量级增加。这种离子空间电荷模型的支持下，在非离子导体，但铁电BaTiO 3，其温度依赖性KTiOPO 4和其广泛的耗尽域壁的情况下，这样的效果。
2015-03-20 cond-mat.mtrl-sci
On the statistical correlations of random polarization and electric depolarization fields in ferroelectrics
本研究利用单轴铁电极化演化的精确可解随机模型，解析推导并数值呈现了极化畴结构形成过程中所有随机变量的含时两点关联系数，为含空间色散的非线性光学现象分析提供关键支撑。
2023-09-21 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
Polarization fluctuation dominated electrical transport processes of polymer based ferroelectric-field-effect transistors
铁电场效应晶体管（FE-FET）组成的可调介质层被用来研究界面输运过程。在FE-FET中观察到介电常数作为温度的函数的大的变化与铁电到顺电的转变。该设备提供了一个测试平台，以评估极化对电气过程的特定影响。FE-FET具有来自极化波动的主要贡献，而不是在基于高k顺电介质的FET中普遍存在的静态偶极无序。此外，在耗尽模式下的光激发测量揭示了在不同温度下的FET响应的清晰特征，指示不同的传输机制。
2012-02-20 cond-mat.mtrl-sci
Ferroelectric thermal phase transition and polarization precursor dynamics in CaxBa1-xNb2O6(CBN) tungsten bronze type oxides
制备了CaxBa_（1-x）Nb_2 O_6（CBN）钨青铜型氧化物多晶，并对其结构、介电性能和热性能进行了研究。发现具有铁电四钨青铜结构的CBN合金仅在0.19 <= x <= 0.32的成分范围内可用。它也表明，CBN可以被归类为一个铁电体与一阶热相变显示极化前体动力学过渡到铁电相之前，在形成鲜明对比的同质结构合金SrxBa 1-xNb 2 O 6（SBN），显示典型的弛豫行为。在Tc<T<Tc+ 88~140 K的温度范围内，顺电母相中的局域极化随温度的降低呈指数增长。此外，还建立了CBN铁电合金的相图。这些发现可能有助于深入了解这种潜在的电光材料中铁电相变的真正本质。
2015-09-23 cond-mat.mtrl-sci
Ultrafast reversal of the ferroelectric polarization by a midinfrared pulse
我们计算了由飞秒中红外脉冲引起的铁电极化动力学。Mankowsky等人，物理修订版信函118，197601（2017）。这是由于激发的红外激活声子与铁电模式的非线性耦合或铁电模式本身的激发取决于脉冲频率。首先，我们写出了LiNbO $_3$晶体对称不变热力学势，包括电场和非线性声子耦合项。在经典近似下，我们数值求解了由该势确定的声子坐标的运动方程。我们解释了在实验中观察到的瞬态极化反转的作用的去极化电场，这是由于在极化域边界的束缚电荷，并给出了一个合理的估计值。我们认为，极化可能最终逆转时，这个领域是屏蔽。
2019-10-11 cond-mat.mtrl-sci
General Theory for the Ferroelectric Polarization Induced by Spin-Spiral Order
三角晶格反铁磁体的铁电极化是由螺旋自旋-螺旋序引起的，现有的磁序驱动的铁电性模型无法解释这种现象。我们解决了这个问题，通过开发一个一般的理论自旋螺旋顺序诱导的铁电极化，然后通过评估所需的系数，以指定的一般理论的基础上的密度泛函计算。我们的理论正确地描述了由螺旋自旋螺旋序驱动的三角晶格反铁磁体的铁电性，并将已知的磁序驱动的铁电性模型作为特例。
2011-09-07 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
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
Effects of ferroelectric polarization on surface phase diagram: an evolutionary algorithm study of the BaTiO$_{3}$(001) surface
我们采用演化算法预测BaTiO $_{3}$（001）表面结构，并将铁电极化作为一个自由度，构建了BaTiO（001）表面相图。在1000多个候选结构中，发现（2 $\times$ 1）-TiO的表面重构结构是热力学稳定的，并具有实验观察到的\emph{p2mm}平面群对称性.我们发现，铁电极化对表面自由能的影响可以忽略不计的小或sizably大（超过1 eV每（$2 \times 1$）超晶胞），强烈依赖于表面结构，并导致在不同的铁电极化的表面相图的显着区别。因此，通过施加外部电场来控制表面稳定性是可行的。我们的研究结果可能对理解铁电材料的表面重构和调节表面性质具有重要意义。
2015-05-26 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
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
Nonlinear phononics in 2D SnTe: a ferroelectric material with phonon dynamical amplification of electric polarization
利用强太赫兹场实现铁电性的超快光控制已经引起了人们极大的兴趣。在这里，我们表明，两个光学声子之间的非线性相互作用的SnTe，一个二维的面内铁电材料，使一个动态放大的电极化的强度在亚皮秒的时间域。我们的第一性原理的时间依赖性模拟表明，红外激活的面外声子模式，泵浦到非线性制度，自发地产生面内运动，导致整流振荡的面内电极化的强度。我们认为，这种动态控制的铁电材料，通过非线性声子激发，可以用来实现超快控制的光伏或其他非线性光学响应。
2020-10-26 cond-mat.mtrl-sci
Polarization transfer force on ferroelectric domain walls
WPI-AIMR, Tohoku University（东北大学 WPI-AIMR）；Center for Spintronics Research Network, Tohoku University（东北大学自旋电子学研究中心）；School of Physics and State Key Laboratory of Electronic Thin Films and Integrated Devices, University of Electronic Science and Technology of China（电子科技大学物理学院电子薄膜与集成器件国家重点实验室）；Institute for Materials Research, Tohoku University（东北大学材料科学研究所）
本研究通过极化子机制揭示了铁电域壁动力学的新机制，利用非线性效应实现对域壁的高效控制，应用于铁电存储和逻辑设备。
2026-03-11 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
Role of ferroelectric polarization during growth of highly strained ferroelectrics revealed by in-situ x-ray diffraction
钙钛矿氧化物薄膜的应变工程已被证明是增强和诱导铁电行为的非常强大的方法。在铁电薄膜和超晶格中，极化与晶体结构有着错综复杂的联系，但我们在这里表明，它也可以在生长过程中发挥重要作用，影响生长速率，弛豫机制，电性能和畴结构。我们已经详细研究了这种效果，通过专注于非常薄的PbTiO $_{3}$层上生长的BaTiO $_{3}$薄膜的性能，使用组合的X射线衍射，压力显微镜，电特性和快速原位X射线衍射倒易空间图在生长过程中使用同步辐射。使用一个简单的模型，我们表明，在增长的变化是由顶部材料的能量成本驱动，以维持由下层施加在它上面的极化，这些影响可能会发生在其他多层系统中，极化是在生长过程中存在。我们的研究激发了生长过程中极化工程的概念，作为应变工程的一种新的补充方法。
2019-09-26 cond-mat.mtrl-sci
Light-induced photomechanical patterning of ferroelectric polarization
Centre de Nanosciences et de Nanotechnologies, CNRS, Université Paris-Saclay（巴黎萨克雷大学国家科学研究中心纳米科学和纳米技术研究中心）；Institute of Physics and Astronomy, University of Potsdam（波茨坦大学物理与天文学研究所）；Université Paris-Saclay, UVSQ, CNRS, GEMaC（巴黎萨克雷大学、凡尔赛大学、法国国家科学研究中心、GEMaC）；Laboratoire Albert Fert, CNRS, Thales, Université Paris-Saclay（阿尔伯特·费恩实验室、法国国家科学研究中心、泰雷兹集团、巴黎萨克雷大学）
本研究通过光敏聚合物图案化方法，在铁电膜中实现可编程的弯曲应变分布，展示出通过应变工程实现极化旋转和反转的机制，为研究应变依赖的铁电结构提供了新途径。
2025-12-08 cond-mat.mtrl-sci
Polarization Saturation in Strained Ferroelectrics
使用密度泛函计算，我们研究的结构和极化响应的四钛酸铅，钛酸钡和钛酸锶在应变制度，以前被忽视。与通常的预期不同，我们发现所有三种物质的极化在大应变下饱和，这表明了一种普遍现象。饱和被证明是源于一个不寻常的和强大的电子-离子相关性，导致电子和离子极化之间的取消。我们的结果揭示了新的见解的极化特性，并揭示了存在一个基本的限制应变诱导极化增强。
2008-04-03 cond-mat.mtrl-sci
Effect of surface ionic screening on polarization reversal scenario in ferroelectric thin films: crossover from ferroionic to antiferroionic states
在纳米铁电体中，具有电化学性质的表面离子与铁电偶极子之间的非线性静电相互作用产生了耦合铁离子态。本文研究了表面离子形成能对铁电薄膜的极化状态、极化反转机制、电畴结构和相图的影响。利用三维有限元模拟，分析了铁电极化和离子电荷的分布和电滞回线，以及畴态的动力学。在大的参数空间上进行的这些计算描绘了作为表面离子形成能量、膜厚度、施加电压和温度的函数的单畴和多畴铁电、铁离子、反铁离子和非铁电状态的区域。我们进一步将一维体系的解析理论映射到有效Landau-Ginzburg自由能上，建立了三维数值计算结果与一维解析结果之间的对应关系。这种方法允许执行的铁离子系统的相图的概述，并探索开关和域演化现象的具体。
2017-10-30 cond-mat.mtrl-sci
First-principles calculations for ferroelectrics at constant polarization using generalized Wannier functions
局域化的Wannier函数提供了一个有效和直观的框架来计算电极化的强度从第一性原理。它们也可以用来表示固定电场下的电子系统和测定绝缘材料的介电性能。在这里，我们开发了一个基于Wannier函数的形式主义执行第一性原理计算在固定的偏振。这种方法允许提取晶体的极化能量景观，从而支持极性材料的理论研究。为了便于计算，我们实现了一个准牛顿方法，同时放宽内部坐标和调整电场在固定的极化晶体。应用该方法研究了四元相$\mathrm{BaTiO_3}$和$\mathrm{PbTiO_3}$的铁电行为。驱动这两种化合物的铁电性的物理过程进行检查感谢本地化的轨道图片所提供的Wannier函数。因此，在铁电畸变下的化学键的变化可以被准确地可视化。突出了$\mathrm{BaTiO_3}$和$\mathrm{PbTiO_3}$的铁电性质的差异。这可以追溯到它们的电子结构的特殊性。
2020-01-27 cond-mat.mtrl-sci
Bent Electronic Band Structure Induced by Ferroelectric Polarization
弯曲能带结构已经在铁电材料中被经验性地描述以解释最近开发的铁电隧穿结和光伏器件的功能。本文介绍了铁电BaTiO 3薄膜的角分辨硬X射线光电子能谱的原子轨道深度剖面中观察到的铁电能带弯曲的实验证据。铁电弯曲能带结构分为三个深度区域，最浅和最深区域分别受到表面和界面屏蔽效应的轻微调制，中间区域表现出纯铁电效应。在纯铁电弯曲能带结构中，我们发现外层电子的结合能比内壳层电子的结合能有较大的移动，这种移动的差异与软声子模的原子构型有关。这些发现可能导致对电极化的强度的起源的简单理解。
2017-11-05 cond-mat.mtrl-sci
Revisiting Ferroelectricity Beyond Polar Space Groups
Westlake University（西湖大学）；Institute of Natural Sciences, Westlake Institute for Advanced Study（西湖高等研究院自然科学研究院）
本文基于极性电学现象的最新发现，探讨了极性空间群之外的极化现象，通过 Berry 阶段现代极化理论重新统一了极化现象的定义，强调了非极性晶体中极化变化的多值性及拓扑定义的氧化态在理解极化变化中的作用。
2026-05-08 cond-mat.mtrl-sci
Ultrafast decoupling of polarization and strain in ferroelectric BaTiO$_3$
本研究通过激光激发铁电BaTiO$_3$，发现极化与应变在350飞秒内超快解耦，极化由光激发电子主导，为太赫兹光实现可逆极化切换和多铁性光控提供新途径。
2025-03-25 cond-mat.mtrl-sci
Hyperferroelectrics: proper ferroelectrics with persistent polarization
所有已知的铁电体都不能垂直于表面或界面，如果所产生的去极化场是未屏蔽的，但没有基本原理来强制这种行为。在这项工作中，我们介绍了超铁电体，一类新的适当的铁电体，即使当退偏场是未屏蔽的，这种情况下，除了适当的铁电体的横向光模不稳定性的特点，相当于纵向光模的不稳定性。我们使用第一性原理计算表明，最近发现的几个六方铁电半导体具有这种性质，我们研究其后果在散装和超晶格几何形状。
2013-12-07 cond-mat.mtrl-sci
Electric control of spin injection into a ferroelectric semiconductor
电场控制自旋相关性质已成为现代材料研究中最引人注目的现象之一，由于新的器件功能的承诺。这种方法的范例之一是使用铁电极化作为控制参数来电切换注入到半导体中的载流子的自旋极化。采用第一性原理密度泛函方法，研究了电子掺杂BaTiO 3（n-BaTiO 3）的铁电极化对SrRuO 3/n-BaTiO 3（001）界面自旋极化透射的影响.我们的研究表明，界面传输是负的自旋极化和铁电极化反转导致的变化，在运输自旋极化从-65%到-98%。我们发现，这种效果源于费米波矢量之间的大的差异，在铁磁SrRuO 3和铁电极化开关驱动的运输制度的变化，向上和向下自旋。自旋极化的预测相当大的变化提供了一个非易失性的机制，以电控制自旋注入基于磁控管的自旋电子器件。
2014-06-05 cond-mat.mtrl-sci
Tailoring Lattice Strain and Ferroelectric Polarization of Epitaxial BaTiO3 Thin Films on Si(001)
采用脉冲激光沉积法制备了具有大极化的BaTiO_3铁电薄膜。在约300 ℃宽的衬底温度范围内获得高质量的c取向外延膜。沉积温度严重影响生长动力学和热力学平衡，导致在钛酸钡极轴的应变，这可以超过2%的膜厚超过100 nm的高影响。铁电极化与应变成比例，因此沉积温度可以用作定制铁电极化的有效工具。所开发的策略克服了基于衬底选择的传统应变工程方法的主要局限性：它可以应用于包括Si（001）和钙钛矿的特定衬底上的膜，并且它不限于双晶膜。
2018-01-24 cond-mat.mtrl-sci
Engineering Polarization Rotation in Ferroelectric Bismuth Titanate
在这里，我们报告了一个结合的实验-理论研究表明，集体应用稀土掺杂的A-网站和外延应变铁电钛酸铋不会导致一个非常大的c-轴极化，如前所述。进一步的第一性原理计算的基础上检查的极化张量表明，同时Bi和Ti位掺杂可能会导致沿钛酸铋的c-轴，这通常是一个优先轴的薄膜生长，从而使c轴取向的薄膜具有可观的极化适度的极化。这种方法也可以适用于其他铁氧化物，其中可以将掺杂、外延应变和极化相关联以设计材料成分，从而导致沿着产生实质极化的期望方向生长的外延膜。
2013-01-24 cond-mat.mtrl-sci
Unusual behaviour of the ferroelectric polarization in PbTiO$_{3}$/SrTiO$_{3}$ superlattices
采用离轴射频磁控溅射法制备了PbTiO $_{3}$ /SrTiO $_{3}$超晶格。利用X射线衍射和压电原子力显微镜研究了PbTiO $_{3}$与SrTiO $_{3}$的比例变化对铁电极化的影响。对于PbTiO $_{3}$层厚度大于结构中使用的3单元晶胞SrTiO $_{3}$厚度，发现极化随着PbTiO $_{3}$厚度减小而减小。这一观察结果证实了退偏场在薄膜中的极化降低中的主要作用。对于PbTiO $_{3}$与SrTiO $_{3}$之比小于1的样品，观察到不能用静电考虑来解释的铁电性的令人惊讶的恢复。
2005-06-17 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
Electron-lattice coupling contributions to polarization switching in charge-order-induced ferroelectrics
我们进行第一性原理密度泛函理论计算来阐明基于（SrVO $_3$）$_1$（LaVO $_3$）$_1$超晶格的电荷有序诱导铁电体的极化开关机制。我们发现，晶格弛豫的比荷有序状态可以“锁定”的状态，使非绝热切换到不同的CO变体大力禁止，在某些情况下，甚至使绝热切换的能量障碍大得令人望而却步。我们将电荷有序材料分为两种类型，多面体呼吸和偏心位移，基于晶格模式的类型最强耦合的电荷有序。我们证明了由外电场引起的非绝热电子跳跃仅在偏心位移型电荷有序诱导铁电体中才能发生。这成功地解释了LuFe $_2$ O $_4$和Fe $_3$ O $_4$不同的开关行为。这些结果提供了一个新的理解的极化开关机制的电荷有序诱导铁电材料的设计和发现提供了指导，并提出了一种策略，实现“电子铁电性”与极化开关的电子，而不是晶格的时间尺度。
2022-02-18 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
