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
Bulk Ferroelectric Heterostructures: Imprinted Actuators
本研究通过元素分区构建畴工程块体铁电异质结构，实现对畴切换的全面控制，获得创纪录的0.9%剪切应变，推动无铅压电器件发展。
2025-09-07 cond-mat.mtrl-sci
Berezinskii-Kosterlitz-Thouless Phase in Two-dimensional Ferroelectrics
著名的Berezinskiii-Kosterlitz-无相变（BKT）相变指的是拓扑转变，其特征在于，例如，通过在二维（2D）系统中涡旋-反涡旋对的解离。这种不寻常的相已经在各种类型的材料中报道过，但从未在由一个晶胞厚度（1UC）铁电体（也被称为2D铁电体）制成的新系统中报道过。在这里，使用基于第一原理的有效哈密顿方法导致发现存在于1UC锡碲的铁电和顺电状态之间的BKT相的许多指纹被完全放松。此外，外延应变被发现有显着的后果，这样的BKT相的温度范围为1UC SnTe。因此，我们的预测将BKT理论的范围扩展到一类新型功能材料，并证明应变是改变BKT特征的有效工具。
2020-06-01 cond-mat.mtrl-sci
Large Family of Two-Dimensional Ferroelectric Metals Discovered via Machine Learning
铁电性和金属性通常被认为是不共存的，因为导电电子会屏蔽静态的内部电场。1965年，Anderson和Blount提出了“铁电金属”的概念，但直到最近才报道了非常罕见的铁电金属。在这里，通过将高通量从头计算和数据驱动的机器学习方法与新的基于电子轨道的描述符相结合，我们系统地研究了一个大家族（2，964）的二维（2D）磷酸盐，并发现了60个具有面外极化的稳定铁电体，包括16种铁电金属和44种包含7种多铁性的铁电半导体。铁电性起源于双金属原子的反向位移引起的自发对称性破缺，全d轨道钴金属元素引起的位移和极化比其他元素大。对于2D铁电金属，没有自旋极化的每个晶胞中的奇数电子可能导致费米能级附近的半充满能带，并负责金属性。结果表明，导电电子主要在二维层的单面上运动，而离子和电对极化的贡献都来自另一面，并垂直于上述层，从而导致金属性和铁电性共存。基于铁电金属的范德华异质结构可以改变肖特基势垒高度或肖特基欧姆接触类型，并引起其垂直输运性质的显著变化。我们的工作极大地扩展了二维铁电金属的家族，并将刺激对二维铁电金属的进一步探索。
2020-09-20 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
Weighted Density Functionals for Ferroelectric Materials
讨论了加权密度近似及其实现方法和在铁电材料中的应用。计算几个钙钛矿氧化物和相关材料。在一般情况下，加权密度近似被认为是优于任何局域密度或广义梯度近似的基态。电子结构变化不大。加权密度近似的线性响应计算的均匀电子气，并发现相对于局部密度的结果有所改善，但不完全符合现有的Monte Carlo数据。结果表明，该协议可以通过一个简单的修改进一步改善。KNbO $_3$中铁电软模的计算表明，低温畸变比现有实验表明的小约20%。
1998-01-28 cond-mat.mtrl-sci
Influence of the ferroelectric polarization on the electronic structure of BaTiO3 thin films
利用压电显微镜（PFM）在掺Nb的SrTiO 3（STO）衬底上制备了20 nm厚的BaTiO 3（001）（BTO）外延薄膜。用全能量过滤光电发射显微镜（PEEM）和同步辐射研究了畴相关电子结构。位移，铁电极化引起的，高达300毫电子伏的样品中观察到的功函数。表面为Ba-O封端。在BTO的价带和Ba 3d、Ti 2 p和O 1 s芯能级上观察到极化诱导的电子结构畸变。观察到极化相关的表面吸附。一个简单的静电模型的基础上净表面电荷是不足以解释所观察到的电子水平的修改。
2018-06-05 cond-mat.mtrl-sci
Sub-10 nm Probing of Ferroelectricity in Heterogeneous Materials by Machine Learning Enabled Contact Kelvin Probe Force Microscopy
将铁电材料的尺寸减小到纳米级对铁电极化模式和切换极化的能力具有强烈的影响。随着铁电畴的尺寸缩小到纳米尺度，极化模式的异质性变得越来越明显，从而使纳米晶和纳米复合材料中的各种可能的极性织构成为可能。理解这些材料的基本物理以及它们在电子纳米器件中的应用的关键是能够以非破坏性的方式在纳米尺度上研究它们的铁电极化。我们表明，接触开尔文探针力显微镜（cKPFM）结合k-均值响应聚类算法，使测量的铁电响应在8 nm的映射分辨率。在硅上的钛酸钡薄膜组成的四角和六角纳米晶体，我们确定离散的铁电响应集群的纳米级横向分布，完全符合由透射电子显微镜确定的纳米结构。此外，我们将这种数据聚类方法应用于在不同温度下测量的cKPFM响应，这使得我们能够随着居里温度的接近和跨越相变而跟踪偏振模式的相应变化。这项工作开辟了映射复杂的铁电极化纹理，如卷曲/漩涡极性纹理，可以稳定在外延异质结构和更一般地映射任何空间高度异质铁电材料的极性域分布的前景。
2023-03-17 cond-mat.mtrl-sci
Nonvolatile ferroelectric control of topological states in 2D heterostructures
量子自旋霍尔（QSH）绝缘体材料具有拓扑保护的边缘状态，可以大大减少耗散，并可用于下一代电子学。然而，拓扑边缘状态的非易失性控制仍然是一个挑战。基于第一性原理计算，通过反转铁电体α-In 2 Se 3的电极化的强度，在二维Bi（111）双层（BL）和α-In 2 Se 3构成的范德华（vdW）异质结构中发现了可开关的拓扑态。这种拓扑开关是由于α-In 2Se 3的两种相反的极化状态引起的不同的电荷转移。这种新的拓扑开关机制具有独特的优点，是全电以及非易失性。我们的发现为实现二维材料中拓扑态的铁电控制提供了一种前所未有的方法，这将在拓扑纳米电子学中具有巨大的应用潜力。
2020-08-26 cond-mat.mtrl-sci
Interface Electronic Structure in a Metal/Ferroelectric Heterostructure under Applied Bias
电极和铁电体之间的有效势垒高度取决于宏观电学性质和微观化学和电子结构。利用X射线光电子能谱学研究了Pt/BaTiO 3/Nb掺杂SrTiO 3电极/FE/电极结构在原位偏压下的行为。全频带对准被测量并且由传输测量支持。势垒高度取决于界面化学和FE极化。观察到的核心水平施加的偏压作为极化状态的函数的差分响应，与Callen电荷的界面附近的变化一致。
2013-03-25 cond-mat.mtrl-sci
New class of planar ferroelectric Mott insulators via first principles design
无机钙钛矿氧化物铁电体近来对于光伏应用产生了很大的兴趣;然而，现有的材料遭受过度的电子带隙和不足的电极化的强度。混合钙钛矿铁电体的最近复苏解决了上述缺陷，但它们对环境影响非常不稳定，无机分辨率可能仍然是最佳的。在这里，我们使用第一性原理计算来设计一个低带隙，平面铁电体，通过利用层状双钙钛矿氧化物AA $^\prime $ BB $^\prime$ O $_6$的复杂性。我们利用一个$\ne$ A $^\prime$大小不匹配，一个名义上空的$d$ -壳的B-网站上，和A阳离子轴承孤对电子，以实现一个大的铁电极化。另外，选择B $^\prime\ne$ B以实现完全电荷转移和B $^\prime$ -位点上的Mott敏感填充，从而产生低带隙。这些原理在BaBiCuVO $_6$、BaBiNiVO $_6$、BaLaCuVO $_6$和PbLaCuVO $_6$中示出，其可以在逐层生长中实现。这类新材料可能会导致稳定，高效的光伏发电。
2015-06-29 cond-mat.mtrl-sci
Observation of a Room Temperature Two-dimensional Ferroelectric Metal
具有减小尺寸的材料已被证明具有各种各样的奇异性质和新颖的量子态，这些通常违背教科书智慧1 -5。铁电极化和金属性是众所周知的互斥性质的例子，它们不能在大块固体中共存，因为金属中的净电场可以被自由电子完全屏蔽6。一个原子级薄的金属层覆盖绝缘层已显示出良好的导电性在室温下7。此外，可以采用穿透极化场来诱导离子位移并在金属层中产生本征极化。在这里，我们证明了铁电金属可以通过施加强极化场的铁电/单胞薄金属超晶格的形式人工合成。以这种方式，原子级薄导电层的对称性可以被破坏并由相邻的极性场操纵，从而形成二维（2D）铁电金属。所制备的（SrRuO 3）1/（BaTiO 3）10超晶格在室温下表现出原子级薄层的铁电极化和金属导电性。多管齐下的调查相结合的结构分析，电气测量，和第一性原理电子结构计算解开的共存的二维导电性的SrRuO 3单层伴随着电极化的强度。这种2D铁电金属铺平了一种新的方式来设计一个量子多状态与不寻常的共存属性，如铁电体，铁磁体和金属，由外部fields 8，9操纵。
2019-08-23 cond-mat.mtrl-sci
First principles studies of SnTiO3 perovskite as a potential ferroelectric material
在寻找环境友好的，无铅和铋的化合物的设备，如执行器，SnTiO 3（ST）的DFT内的第一性原理进行了研究。全几何优化提供了相对于立方结构的稳定的四元结构。从状态方程的平衡体积的SnTiO 3被发现小于铁电PbTiO 3（PT）与较小的Sn 2+半径的协议。虽然ST和PT之间的离子位移表现出类似的趋势，但ST的更大的四方性（c/a比）导致更大的极化，PST = 1.1 C.m2。电子能带结构的分析，详细说明了锡-O和钛-O相互作用点的差异化的化学键和相对于铅同系物的共价键的增强。
2013-01-12 cond-mat.mtrl-sci
Effective intrinsic linear properties of laminar piezoelectric composites and simple ferroelectric domain structures
本文在计算压电层合板内部场的基础上，利用一种简单的矩阵处理方法，分析了压电层合板的有效特性。结果表示在一个紧凑的符号，这是方便的数值实现，并在同一时间适合于进一步的分析处理。一个完全兼容的铁电畴结构的详细分析表明，任意压电层压板的结果可以进一步简化和具体的性能关系的秩-1层压板的四面体和菱形晶体的推导。最后将该方法应用于各种层次域结构的分析。详细的取向关系的特定领域之间的一些重要的领域模式，使这些结构访问所提出的方法。数值计算结果表明，不同的畴结构对钛酸四钡的有效性质有一定的影响。
2005-10-11 cond-mat.mtrl-sci
Triggered ferroelectricity in HfO$_2$ from hybrid phonons and higher-order dynamical charges
Department of Chemical Engineering Materials Science University of Minnesota（明尼苏达大学化学工程材料科学系）
本研究提出了一种新的铁电性机制，通过混合声子和高阶动力学电荷触发铁电性，揭示了HfO₂中极化起源的复杂性。
2026-02-03 cond-mat.mtrl-sci
Structure Optimization and Frozen Phonons in LiNbO3
采用全势线性缀加平面波方法，通过第一性原理计算对铌酸锂的顺电相和铁电相的平衡基态结构进行了优化.的平衡体积，c/a比和所有（四个，在铁电相）的内部参数被发现与实验数据吻合得很好。冻结声子计算进行TO-γ声子对应的A1和A2不可约表示的R3 c空间群的铁电相。与现有的实验频率的A1模式的比较是令人满意的（包括6Li同位素效应），和位移模式明确归因。对于（拉曼非活性）A2模式，声子频率和本征矢量的预测。
1999-02-19 cond-mat.mtrl-sci
Contrast Mechanisms for the Detection of Ferroelectric Domains with Scanning Force Microscopy
我们提出了一个全面的分析的对比度机制检测铁电畴的所有面临的大块单晶体，使用扫描力显微镜举例说明六角极化的锂离子电池。畴衬度可以归因于三种不同的机制：i）由于平面外压电响应（标准压电响应力显微镜）导致的样品的厚度变化，ii）由于平面内压电响应导致的样品表面的横向位移，以及iii）由晶体y-和z-面上的表面电荷引起的畴边界处的静电尖端-样品相互作用。仔细分析的悬臂相对于其相对于样品的结晶轴的取向的运动允许一个清晰的属性所观察到的域的对比度的驱动力分别。
2008-03-03 cond-mat.mtrl-sci
Simultaneous direct measurement of the electrocaloric and dielectric dynamics of ferroelectrics with microsecond temporal resolution
本文提出一种非接触式红外检测技术，以微秒时间分辨率直接测量电卡材料绝热温度变化的完整动力学，并同步记录电场与极化瞬态，揭示电卡与铁电性质的关联，且适用于超百万次电场循环的疲劳连续测量。
2023-04-18 cond-mat.mtrl-sci
Phonon-pair-driven Ferroelectricity Causes Costless Domain-walls and Bulk-boundary Duality
本研究结合第一性原理模拟与像差校正STEM，发现HfO2中阴离子声子配对可贯穿畴壁并保持体相结构，实现零能量局域翻转，为畴壁高密度存储提供新平台。
2024-03-03 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
Ultrafast Sliding Ferroelectric Switching in Bilayer Hexagonal Boron Nitride Revealed by Deep Learning Molecular Dynamics
Department of Materials Engineering, the University of Tokyo（东京大学材料工程系）；Institute of Industrial Science, the University of Tokyo（东京大学工业科学研究所）
研究通过深度学习分子动力学揭示双层六方氮化硼中超快滑移铁电开关机制，采用数据驱动框架预测Born有效电荷，实现大规模非平衡分子动力学模拟，验证了单域刚性滑移的可行性。
2026-04-30 cond-mat.mtrl-sci
A GPU-based Solver for Polarization Dynamics in Ferroelectric Materials
University of Messina（墨西拿大学）；Politecnico di Bari（巴里理工大学）；Luxembourg Institute of Science and Technology (LIST)（卢森堡科学与技术研究所）；University of Luxembourg（卢森堡大学）
提出一个全GPU加速的可扩展数值求解器PETASPIN_microelectrics，利用Ginzburg-Landau形式计算铁电系统的完整极化矢量场，通过优化全静电场计算和并行执行，准确再现相变、磁滞回线及三维混合斯格明子等关键现象。
2026-05-27 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
First principle study on electronic structure of ferroelectric PbFe0.5Nb0.5O3
采用全势线性缀加平面波（FLAPW）方法研究了PbFe 0. 5 Nb 0. 5 O3（PFN）的晶体结构和电子结构性质.通过对PFN的晶体结构、态密度、能带结构和电子密度分布的优化计算，研究了PFN的铁电行为。态密度分析表明，铁电PFN中存在Fe d-O p和Nb d-O p的杂化。这与电子能带结构的计算是一致的。这种杂化是其铁电性倾向的原因。
2004-02-14 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Aging Dynamics in Ferroelectric Deuterated Potassium Dihydrogen Phosphate
在~95%氘化磷酸二氢钾（DKDP）的高磁化率平台铁电区发现异常大的介电老化。在非氘代KDP中发现了少得多的老化。DKDP域结构的光学图像显示在老化过程中没有显着的变化。电场的微小变化可恢复老化前的磁化率，但回到老化场后，前一次老化几乎恢复。敏感性与场可以显示至少两个先前老化场的记忆。对于稍高于或低于先前老化场的场，整流非线性敏感性发展。老化的影响并没有完全消除，即使通过短暂的加热居里点以上，表明氢扩散到域壁的作用，留下的变化，可以生存暂时没有域壁的混乱。突然的随机符号步骤的极化冷却伴随着增加的磁化率，表明大规模畴壁相互作用的影响和影响的本地相互作用与无序之间的竞争。
2017-06-17 cond-mat.mtrl-sci
Impact of electrodes on the extraction of shift current from a ferroelectric semiconductor SbSI
非中心对称块状晶体在没有任何偏压的情况下产生光电流。其中一个主要机制，漂移电流，来自于电子波函数的量子干涉，不同于由电子漂移或扩散引起的经典电流。然而，位移电流的无耗散性质尚未得到充分验证，可能是由于对电极作用的过早理解。在这里，我们表明，光电流显着增强通过选择电极与大的功函数的$p$型铁电半导体SbSI。优化的器件显示出几乎恒定的零偏置光电流，尽管光生载流子迁移率随温度的变化很大，这可能是一个明确的标志，无耗散性质的移位电流。与传统的光伏器件不同，移位电流发生器作为多数载流子器件工作。本研究提供了基本的设计原则，能量收集和光电检测设备的新架构的最佳的偏移电流光伏效应。
2018-09-10 cond-mat.mtrl-sci
Depth Resolution of Piezoresponse Force Microscopy
考虑到铁电畴通常是三维实体，其面积以及其深度的确定对于完整表征是强制性的。压电响应力显微镜（PFM）以其能够高精度地绘制铁电畴的横向尺寸而闻名。然而，迄今为止，还没有现成的深度剖面资料。在这里，我们已经使用已知的深度剖面的铁电畴，以确定的依赖性的PFM响应的域的深度，从而有效地PFM检测的深度分辨率。
2009-05-13 cond-mat.mtrl-sci
Guidelines for the optimization of hafnia-based ferroelectrics through superlattice engineering
University of Groningen（格罗宁根大学）；Luxembourg Institute for Science and Technology (LIST)（卢森堡科学与技术研究所）；University of Twente（特温特大学）；University of Luxembourg（卢森堡大学）
本文通过超晶格工程设计氧化锆掺杂氧化铪与纯氧化锆层交替的超晶格，提升剩磁极化强度，实现高循环稳定性与可持续应用。
2025-07-07 cond-mat.mtrl-sci
Decoding the complexities of lead-based relaxor ferroelectrics
弛豫铁电体是一种重要的功能材料，具有优异的机电耦合性能，其应用范围从超声成像到微机电器件中的致动器和传感器。自近60年前发现以来，这些系统中纳米级化学和结构异质性的复杂性使得理解其独特机电特性的起源成为一个看似棘手的问题。然而，将局部结构和化学与纳米级极化波动联系起来的机制的完整解释仍然是一个需要和挑战。在这里，我们采用像差校正扫描透射电子显微镜（STEM）来量化原型驰豫铁电系统Pb（Mg $_{1/3}$ Nb $_{2/3}$）O $_{3}$ -PbTiO 3（PMN-PT）中各种类型的纳米级异质性及其与局部极化的联系。我们确定了三个主要的贡献，每个依赖于钛含量：化学顺序，氧八面体倾斜，和氧八面体扭曲。这些不均匀性被发现是空间相关的低角度极性域壁，表明它们的作用，在破坏远程极化。具体而言，这些异质性导致纳米级域的形成和弛豫响应。我们进一步定位与Ti含量和机电性能直接相关的单斜畸变的纳米级区域。通过这种方法，揭示了化学异质性，结构异质性和局部极化之间难以捉摸的联系，结果验证了开发下一代弛豫铁电材料所需的模型。
2019-11-13 cond-mat.mtrl-sci
Microscopic Modeling of Polarization Dynamics in Leaky Dielectrics: Insights into Ferroelectric-Like Behavior
本文通过微观模型解析推导泄漏电介质中非极性材料的磁滞回线，揭示输运过程可产生类铁电复杂响应，并提出结合阻抗谱与介电谱的解析框架以提升位移电流主导系统的预测能力。
2025-01-22 cond-mat.mtrl-sci
Electric field control of deterministic current-induced magnetization switching in a hybrid ferromagnetic/ferroelectric structure
在现代信息技术中，为了实现高集成度和低能耗，铁磁钻头的全电动和可编程操作受到高度追求。基于重金属/铁磁体结构中自旋-轨道矩开关的方法已经被提出，并且最近正朝着没有外部磁场的确定性开关发展。本文证明了在不破坏薄膜结构对称性的情况下，电场可以诱导出一个面内有效磁场，并在PMN-PT衬底上的Pt/Co/Ni/Co/Pt铁磁/铁电混合结构中实现了确定性的磁化翻转。通过改变PMN-PT衬底上施加的电场的方向，可以使有效磁场反向，完全取代了外部磁场的可控功能。发现电场在CoNiCo磁体上产生额外的自旋-轨道力矩，这通过宏观自旋计算得到证实。
2016-04-19 cond-mat.mtrl-sci
Unusual ferroelectric and magnetic phases in multiferroic 2H-BaMnO$_3$ ceramics
用电子衍射、X射线衍射、二次谐波发生、介电谱和晶格动力学谱研究了六方BaMnO $_3$在$T_c$ =130 K时的结构相变。低温相（空间群$P6_{3}cm$）是具有三重晶胞的铁电相。相变由来自布里渊区边界[ $q = (\frac{1}{3},\frac{1}{3},0)$ ]的光学软模驱动;该模式在低于$T_c$的红外和拉曼光谱中激活，并且根据Cochran定律硬化。当冷却到低于$T_c$时，介电常数随温度呈现出不寻常的线性增加;低于60 K，又观察到频率依赖性降低，这可以通过减慢铁电畴壁运动来解释。根据我们的数据，我们无法区分高温相是顺电相还是极性相（分别为空间群$P6_{3}/mmc$或$P6_{3}mc$）。这两种变体的相变的铁电相的基础上的朗道理论进行了讨论。电子顺磁共振和磁化率测量揭示了$\approx220\,\rm K$以下的一维反铁磁有序的发病充分接近140 K的发展，低于$T_{n} \approx 59\,\rm K$，它转变成一个三维的反铁磁秩序。
2017-05-05 cond-mat.mtrl-sci
Auto-3DPFM: Automating Polarization-Vector Mapping at the Nanoscale
Oak Ridge National Laboratory（橡树岭国家实验室）；Technical University of Denmark（丹麦技术大学）；University of Geneva（日内瓦大学）；UNSW Sydney（新南威尔士大学悉尼分校）；University of Canterbury（坎特伯雷大学）
Auto-3DPFM通过自动化技术实现纳米尺度极化矢量的高精度表征，提升铁电材料研究的效率与准确性。
2025-12-10 cond-mat.mtrl-sci
Design Principles for Fluid Molecular Ferroelectrics
University of Leeds（利兹大学）
通过氢氟代换调控顺平行配对模式，研究揭示了流体分子铁电材料中层状与向列序的形成机制，为设计和工程极性流体提供了理论指导。
2026-02-18 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Elastic aging from coexistence and transformations of ferroelectric and antiferroelectric states in PZT
材料经历反铁电/铁电（AFE/FE）转变的研究可能的应用，利用两种状态之间的大体积，电荷和熵差，如电热冷却，能量存储，机电致动器。虽然共掺杂有La和Sn的PZT的某些成分可以承受数百万次电诱导AFE/FE循环，但在其他情况下，很少的热诱导循环和室温老化可能导致材料性质的显著变化。这在弹性模量中尤其明显，其在室温下可以变得软四倍。为了更深入地了解这种弹性老化和完全恢复与温和退火在600-800 K的机制，La掺杂的PZT与4.6%的Ti的效果进行了研究与滞弹性测量。完全抑制的时间相关的现象后，发现的中间FE相转化为无公度AFE的2%的La掺杂。这是讨论在FE/AFE界面的应力和电场消失，在高温下观察到的热激活滞弹性弛豫过程中，是由于移动缺陷，大概是O空位。
2016-03-29 cond-mat.mtrl-sci
Ferroelectric switching at symmetry-broken interfaces by local control of dislocation networks
具有低能量极化开关的半导体铁电材料为下一代电子器件（如铁电场效应晶体管）提供了一个平台。在过渡金属二硫属化物薄膜的断裂界面处的铁电畴提供了将半导体铁电体的潜力与二维材料器件的设计灵活性相结合的机会。在这里，局部控制的铁电畴在一个轻微扭曲的WS2双层证明与扫描隧道显微镜在室温下，和他们观察到的可逆演变理解使用弦状模型的畴壁网络。我们确定了两个域演化的特征制度：（i）部分螺旋位错的弹性弯曲分离较小的域与孪晶堆叠和（ii）形成完美的螺旋位错合并对初级畴壁。我们还表明，后者作为种子的可逆恢复的反转极化。这些结果开启了利用局部电场实现对原子级薄的半导体铁电畴的完全控制的可能性，这是其技术应用的关键一步。
2022-10-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Decoupling structural and bonding effects on ferroelectric switching in ScAlN via molecular dynamics under an applied electric field
The University of Tokyo（东京大学）
研究通过分子动力学模拟解耦ScAlN中结构和键合效应的影响，发现极化率由结构效应决定，而矫顽场受结构与键合共同影响。
2026-03-16 cond-mat.mtrl-sci
Imaging ferroelectric domains in multiferroics using a low-energy electron microscope in the mirror operation mode
我们报道了亚微米分辨率的铁电畴的低能电子显微镜成像。“向上”和“向下”极化铁电畴铋铁氧体-室温多铁性-周期性条带作为一个模型系统，以比较低能量电子显微镜与建立piezoresponse力显微镜。结果证实了全场成像的铁电畴与短的采集时间的可能性，通过利用超低电子的灵敏度，在“镜”操作模式的表面附近的电势的小变化。
2010-08-17 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el physics.ins-det
A scalable network model for electrically tunable ferroelectric domain structure in twistronic bilayers of two-dimensional semiconductors
在具有对称性破缺界面的二维半导体双层膜中，小角度扭曲的莫尔结构形成具有周期性交替的面外极化的铁电畴阵列。在这里，我们提出了一个网络理论，这种FE域结构的可调谐性，通过施加一个电场垂直于二维晶体。使用多尺度分析，我们推导出一个完全参数化的弦理论描述的畴壁网络，并表明它经历了质的变化，弧后的部分位错像畴壁合并（网络节点附近）成条纹的完美的螺旋位错，这发生在依赖于DWN周期的阈值位移场。
2021-11-01 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Conduction Band Structure and Ultrafast Dynamics of Ferroelectric $α$-GeTe(111)
本研究利用高重复频率极紫外飞秒激光的时间分辨ARPES，首次测定了铁电α-GeTe(111)全布里渊区的导带结构与0.85 eV间接带隙，探究了其非平衡载流子动力学及主导散射机制，为相关理论计算提供了实验参考。
2025-06-12 cond-mat.mtrl-sci
Influence of space charge on domain patterns and susceptibility in a rhombohedral ferroelectric film
空间电荷区域的存在在带电区域内感应出内部电场，在铁电材料中，该内部电场将旋转极化以与电场对准。因此，感应场的强度将决定材料的畴模式和偏振转换特性。利用相场模型研究了菱面体相BiFeO $_3$薄膜中的电荷层效应。虽然在一个不带电的BiFeO $_3$膜的域图案仅由两个极化的变体，我们观察到复杂的图案与四个共存的变体，在足够高的感应场的带电层内形成。这些变体形成了头对头配置，其界面是波状的或平面的，这取决于内部场强，其由电荷密度以及带电层的厚度确定。对于具有足够厚度的耗尽层，存在一个电荷密度值范围，对于该范围，界面是波浪形的，而在高密度下，界面变为平面。我们发现，具有波浪形界面的膜与不带电膜相比，表现出增强的可磁化性，同时降低了介电常数。我们的工作结果表明，通过仔细选择掺杂剂密度和电极材料引入空间电荷区域可以设计出具有更小滞后的更高响应的畴图案。
2015-09-18 cond-mat.mtrl-sci
Delineating complex ferroelectric domain structures via second harmonic generation spectral imaging
理解铁电材料中晶体对称性破缺的机制和空间相关性对于调节其功能特性至关重要。虽然光学二次谐波产生（SHG）已被用于铁电研究很久，但其探测复杂极性材料的能力尚未完全实现。在这里，我们开发了一种SHG光谱成像方法，在自制的激光扫描SHG显微镜上实现，并展示了其应用于（K，Na）NbO3单晶的模型系统。监督模型拟合分析产生的极化矢量的方向和相对分数的组成域的变体，以及它们的热演化的多晶型相变的全面信息。我们观察到一个意想不到的持久性的正交相在低温下，指向相竞争。此外，我们表明，无监督矩阵分解分析可以快速，忠实地揭示域配置，而无需特定的材料系统的先验知识。这种二次谐波光谱成像方法可以很容易地推广到其他具有进一步增强潜力的铁电材料。
2022-08-09 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Identification of novel organic ferroelectrics: A study combining importance sampling with machine learning
针对已知有机铁电体数据有限的问题，本文结合重要性采样、随机森林回归与第一性原理模拟，从广阔化学空间中筛选并验证具有自发极化的新型有机铁电候选材料。
2023-06-06 cond-mat.mtrl-sci physics.data-an
Imaging Ferroelectrics: Charge Gradient Microscopy (CGM) versus Potential Gradient Microscopy (PGM)
2014年，电荷梯度显微镜（CGM）首次被报道为一种新的扫描探针成像模式，特别适用于铁电体的表征。该技术的实施是简单的，它涉及到监测电流，自发发展之间的被动导电原子力显微镜尖端和地球，作为尖端扫描整个试样表面。然而，关于对比度的基本起源以及图像在相关铁电微结构方面的意义的细节尚未完全理解。在这里，通过比较CGM和开尔文探针力显微镜（KPFM），从相同的铁电畴（在锂钛酸盐和钛酸钡）的集合获得的信息，我们表明，CGM合理地反映了测得的表面电位的空间导数。这在概念上不同于测量表面束缚电荷密度或任何相关屏蔽电荷的局部梯度：毕竟，即使极化完全在平面内，我们也能看到清晰的CGM信号。因此，我们建议，在铁电CGM可能更准确地称为电势梯度显微镜（PGM）。有趣的是，在所有的情况下检查，测量的表面电位（通过KPFM和CGM信号的积分确定）是相反的符号，直观地预期一个完全干净的铁电体在真空中。这通常被观察到，并推测是由于铁电表面上的电荷积累，这是不容易去除的。
2022-01-04 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Tuning the Coercive Field in Ferroelectric Hf0.5Zr0.5O2-Al2O3 Heterostructures via Interfacial Charge Dynamics
School of Materials Science and Engineering, Georgia Institute of Technology（佐治亚理工学院材料科学与工程学系）；School of Electrical and Computer Engineering, Georgia Institute of Technology（佐治亚理工学院电气与计算机工程学系）；Center for Nanophase Materials Sciences, Oak Ridge National Laboratory（橡树岭国家实验室纳米相材料科学中心）；The Institute for Matter and Systems, Georgia Institute of Technology（佐治亚理工学院物质系统研究所）
本研究通过实验和相场模拟揭示，HZO-Al2O3异质结构中氧空位引起的界面电荷隧穿产生内偏置，从而调控矫顽场并增大存储窗口，将缺陷从有害因素转变为可工程利用的设计参数。
2026-09-18 cond-mat.mtrl-sci
Influence of elastically pinned magnetic domain walls on magnetization reversal in multiferroic heterostructures
在展现铁电与铁磁子系统之间的全畴相关性的弹性耦合多铁性异质结构中，磁畴壁牢固地钉扎在铁电畴边界的顶部上。在这项工作中，我们研究的影响钉扎磁畴墙的磁化反转过程中的Co40Fe40B20楔膜耦合到铁电BaTiO 3衬底通过界面应变转移。我们表明，磁场方向可以用来选择两种不同的磁化反转机制，即（1）双切换事件涉及交替条纹域在同一时间或（2）同步切换的所有域。此外，还发现开关场随畴宽和膜厚的变化依赖于场的取向。这些结果被解释为考虑不同的能量的两种类型的钉扎磁畴壁中形成的系统。
2015-03-11 cond-mat.mtrl-sci
Autonomous scanning probe microscopy with hypothesis learning: Exploring the physics of domain switching in ferroelectric materials
本文提出基于假设学习的自主压电响应力显微镜实验，通过竞争物理模型自动识别铁电材料偏压诱导畴翻转机制，并可推广至多类扫描探针实验。
2025-01-10 cond-mat.mtrl-sci
Direct imaging of asymmetric interfaces and electrostatic potentials inside a hafnia-zirconia ferroelectric nanocapacitor
本研究利用多模态电子显微镜对氧化铪-氧化锆铁电纳米电容器的界面与静电势进行纳米级成像，揭示了界面层、氧空位等对器件电学特性的影响，为高性能铁电器件的研发提供了关键依据。
2024-05-19 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Factors limiting ferroelectric field-effect doping in complex-oxide heterostructures
铁电场效应掺杂已经成为一种强有力的方法来操纵相关氧化物的基态，打开了大门，一类新的场效应器件。然而，这种潜力尚未得到充分利用，因为场效应掺杂的尺寸通常比预期的要小得多。本文通过磁输运、扫描透射电子显微镜和压电响应力显微镜研究了铁电/超导异质结构（YBa_2Cu_3O_（7-δ）/BiFeO_3）中的限制因素。尽管如此，我们发现，他们是有限的摆在首位的不完全铁电开关。这可以解释的存在的优先极化方向设置的原子终端在界面处。更重要的是，我们还发现，场效应载流子掺杂伴随着载流子迁移率的强烈调制。除了通过霍尔测量的场效应的量化不是简单的，这一发现表明，铁电极化产生的相关氧化物通道的结构变化（如带电缺陷或结构扭曲）。这些发现对于理解铁电场效应和进一步增强它们的策略具有重要意义。
2019-08-20 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el cond-mat.supr-con
Insights into electron transport in a ferroelectric tunnel junction
铁电隧道结（FTJ）的成功取决于隧道电阻（TER）效应所引起的电子隧穿的不对称性。这种特性主要考虑三种传输机制：直接隧穿、电子发射和福勒-诺德海姆隧穿。在这里，通过分析温度对TER的影响，我们表明，仅考虑这些机制可能是不够的，以充分表征FTJ设备的性能。我们用非平衡格林函数（NEGF）方法研究了FTJ中的电子隧穿，该方法能够克服上述三种机制的局限性。我们带来的证据表明，FTJ的性能也受到温度的影响，在一个非平凡的方式，通过共振（Gamow-Siegert）状态，这是目前在电子传输概率，通常位于势垒以上。虽然NEGF技术不提供直接访问的波函数，我们表明，对于单带运输，可以找到在任何给定的能量，特别是在系统中的共振能量的波函数。
2022-02-25 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Boron Co-Alloying in AlScN Wurtzite Ferroelectrics: Insights from an 850-Sample Combinatorial Study
Empa − Swiss Federal Laboratories for Materials Science and Technology（瑞士联邦材料科学与技术研究院）；Department of Materials, ETH Zürich（苏黎世联邦理工学院材料系）
通过组合方法研究AlScBN四元体系，发现硼共合金化可降低矫顽场、提高循环耐久性，并减少对稀缺元素钪的依赖。
2026-06-11 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Observation of Intrinsic and LED Light-Enhanced Memristor Performance in In-Plane Ferroelectric NbOI2
本研究在新发现的面内铁电材料 NbOI2 中观察到本征忆阻行为，并利用 LED 可见光显著提升了其性能，揭示了电场诱导和光场增强的铁电极化切换机制，为纳米电子学应用提供了新策略。
2025-04-30 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Integration of the Noncollinear Antiferromagnetic Metal Mn3Sn onto Ferroelectric Oxides for Electric-Field Control
非共线反铁磁材料由于其奇异的拓扑特性，如Berry曲率诱导的反常霍尔效应和可能的磁性外尔态等，在自旋电子学领域受到了越来越多的关注，这些特性可以用于未来的拓扑反铁磁自旋电子器件中。在这项工作中，我们报告的反铁磁金属锰3Sn薄膜上的铁电氧化物PMN-PT的成功集成。通过优化生长工艺，我们实现了与块状Mn 3Sn单晶完全相似的具有大的反常霍尔效应和小的开关磁场，以及与块状Mn 3Sn单晶的外尔态特征相似的具有反铁磁有序的各向异性磁电阻和负平行磁电阻的Mn 3Sn薄膜。更重要的是，我们发现反铁磁Mn 3Sn薄膜中的反常霍尔效应可以通过施加到铁电材料上的电场来操纵，从而证明了Mn 3Sn基拓扑自旋电子器件以超低功率方式工作的可行性。
2019-10-15 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
Thermodynamics and dielectric response of $\text{BaTiO}_3$ by data-driven modeling
从第一性原理对铁电材料进行建模是密度泛函理论的成功之一，也是许多开发工作的驱动力，需要精确描述驱动自发对称性破缺和宏观极化出现的电子过程和热力学平衡。我们展示了一个集成的机器学习模型的开发和应用，该模型描述了钛酸钡（$\text{BaTiO}_3$），一种原型铁电体的结构，能量和功能特性。该模型使用从头计算作为参考，并实现准确而廉价的预测能量和极化的时间和长度尺度上，是无法直接从头建模。这些预测使我们能够评估铁电转变的微观机制。Ti偏离中心状态的有序-无序转变的存在是铁电转变的主要驱动力，即使对称性破缺和单元畸变之间的耦合决定了中间部分有序相的存在。此外，我们彻底探测的静态和动态行为的$\text{BaTiO}_3$跨越其相图，而不需要引入一个粗粒度的描述的铁电转变。最后，我们应用极化模型来计算材料的介电响应特性在一个完全从头算的方式，再次再现正确的定性实验行为。
2022-09-12 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
