The polarizability model for ferroelectricity in perovskite oxides
本文综述了极化率模型及其在铁电钙钛矿氧化物中的应用。引入该模型的动机进行了讨论和非线性氧离子极化率的影响和他们的晶格动力学实现概述。虽然这项工作的很大一部分是专门的自洽声子近似（SPA）内获得的结果，也非线性解决方案的模型进行处理，这是感兴趣的物理弛豫铁电体，畴壁运动，无公度相变。主要的重点是比较模型的结果与实验数据和预测新的现象。
2012-05-24 cond-mat.mtrl-sci
Ferroelectricity in Silver Perovskite Oxides
有两种银钙钛矿氧化物：AgNbO3和AgTaO3。AgNbO3在室温下具有Pmc 21的非中心对称基团，具有铁电极化有序。这种具有小极化的亚铁电状态可以通过高电场或通过化学改性而变为具有非常大极化的铁电状态。诱导铁电相显示出在压电器件中的应用前景的机电响应。相比之下，AgTaO3是量子顺电体，但也可以通过化学取代诱导铁电性。银钙钛矿具有良好的铁电和压电性能，这一发现有望引发对这些系统的进一步理论和实验研究。
2011-08-30 cond-mat.mtrl-sci
First-principles study of ferroelectric oxide epitaxial thin films and superlattices: role of the mechanical and electrical boundary conditions
本文综述了铁电氧化物外延薄膜和多层膜的第一性原理研究的最新进展。我们详细讨论了机械和电气边界条件的关键作用，为读者提供了一个简单而直观的理解在许多纳米结构的铁电性能的演变的基本背景。更进一步，我们还强调了这个令人兴奋的领域或研究中有前途的新途径和未来的挑战。
2007-11-27 cond-mat.mtrl-sci
Design of a low band gap oxide ferroelectric: Bi$_6$Ti$_4$O$_{17}$
通过对假设化合物Bi $_6$ Ti $_4$ O $_{17}$的第一性原理研究，描述和说明了一种基于电荷不平衡获得低带隙氧化物铁电体的策略，该化合物是铁电体Bi $_4$ Ti $_3$ O $_{12}$的交替堆叠。我们发现，这种化合物是铁电体，类似于Bi $_4$ Ti $_3$ O $_{12}$，但具有降低的极化。重要的是，计算的电子结构与最近开发的功能的反和Blaha产生一个大大减少的带隙为1.83 eV的这种材料相比，Bi $_4$ Ti $_3$ O $_{12}$。因此，预测Bi $_6$ Ti $_4$ O $_{17}$是低带隙铁电材料。
2011-03-15 cond-mat.mtrl-sci
A phase field model combined with genetic algorithm for polycrystalline hafnium zirconium oxide ferroelectrics
铁电铪锆氧化物（HZO）薄膜在铁电随机存储器、铁电场效应晶体管和铁电隧穿结等方面具有重要的应用前景。然而，在理解铁电开关，这是至关重要的，在这些设备的操作中有缺点。本文建立了一个基于相场法的计算模型来模拟多晶HZO薄膜的开关行为。此外，我们引入了一种新的方法来优化的有效朗道系数描述的自由能HZO相场模型与遗传算法相结合。我们通过精确模拟不同铁电相含量的HZO薄膜的开关曲线来验证模型。在切换过程中的模拟域动力学也显示出惊人的相似性，可用的实验观察。本工作也提供了基本的见解，提高铁电性的HZO薄膜通过控制晶粒形态和晶体织构。该方法可以推广到其它氧化物基薄膜的铁电性能的改善。
2022-05-14 cond-mat.mtrl-sci
Rashba-Dresselhaus spin-splitting in the bulk ferroelectric oxide BiAlO$_3$
最近有人提出，由于在单一材料中的自旋-轨道耦合，铁电性和类拉什巴自旋分裂效应的共存可能允许自旋自由度的非易失性电控制。在本工作中，我们通过密度泛函计算比较了BiAlO $_3$的四方相和菱方相的结构和铁电性能。在这两个阶段中，我们仔细研究了Rashba和Dresselhaus效应，在其体电子结构中产生自旋分裂，特别是在导带最小值附近，补充了我们的第一原理结果与有效的$ k\cdot p$模型分析。自旋织构的完全反转与铁电极化开关也被预测。BiAlO $_3$因此可以被认为是第一个已知的氧化物表现出铁电性和Rashba-Dresselhaus效应共存。
2016-07-11 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
Evidence for Incipient Ferroelectricity in YCrO3
立方结构是氧化物在高温下最常见的结构之一。当温度降低时，只有少数这些氧化物表现出铁电性，这是相当令人惊讶的。在本文中，我们使用的例子YCrO 3（YCO），一个早期的铁电材料，表明在大多数氧化物有两个竞争现象-铁电性的开始，由于旋转的CrO 6八面体和Y原子的位移导致抑制铁电性。这种竞争表明，虽然八面体旋转有利于较低的对称性状态，Y原子位移反对它离开YCO表现出只有一个初期的铁电状态。这些结果，而在与早期的理论预测一致，也可以帮助建议通过使用更大的阳离子取代在Y网站在这些氧化物中的一个更稳定的铁电态的途径。
2018-05-25 cond-mat.mtrl-sci
Enhancement of ferroelectricity at metal/oxide interfaces
通过对四种基于BaTiO 3和PbTiO 3的电容器结构进行第一性原理计算，我们确定了薄膜铁电器件中极性态不稳定的本征界面效应。我们发现，相反，建立的解释，界面电容取决于关键的局部化学环境的界面，通过力常数的金属氧化物键，并不一定与电极材料的体屏蔽性能。特别是，在AO-终止钙钛矿和简单的金属之间的界面的情况下，我们证明了一种新的机制“界面铁电性”，产生的铁电不稳定性的膜的整体增强，而不是抑制通常假设。由此产生的“负死层”建议的路线，薄膜铁电器件是免费的有害的尺寸效应。
2008-11-05 cond-mat.mtrl-sci
Large bias-dependent magnetoresistance in all-oxide magnetic tunnel junctions with a ferroelectric barrier
全氧化物磁性隧道结（MTJ）结合功能材料作为绝缘屏障有可能成为新型多功能器件的基础技术。利用第一性原理密度泛函理论研究了全氧化物SrRuO 3/BaTiO 3/SrRuO 3 MTJ器件的偏压依赖输运特性。这包括一个BaTiO 3的障碍，可以发现无论是在非铁性或铁电状态。在这样的MTJ中，不仅隧穿磁阻可以达到巨大的值，而且对于某些电压，其符号可以通过改变势垒电状态来改变。这些发现为新一代电控磁传感器铺平了道路。
2010-10-05 cond-mat.mtrl-sci
Ferroelectric-HfO2/Oxide Interfaces, Oxygen Distribution Effect and Implications for Device Performance
对HfO 2铁电性的原子级理解对于帮助解决开发可靠和高性能铁电HfO 2（fe-HfO 2）基器件的许多挑战非常重要。虽然从不同的角度进行了研究，但以前的研究在很大程度上忽略了一个与实际器件相关且显然值得更多关注的因素，即fe-HfO 2/电介质界面。在这里，我们研究了几个典型的界面之间形成的Al 2 O3-HfO 2和氧化物的SiO2在次-3-nm区域的电子结构。我们发现，界面的形成引入了强大的去极化领域的铁-HfO 2，这是有害的铁电极化，但可以是一个优点，如果驯服隧道器件，最近证明。不对称氧分布诱导的极性，交织铁电极化或没有，也被调查作为一个相关的界面效应在实际设备。虽然从某些方面考虑是有害的，例如诱导内建场（独立于铁电极化）和加剧去极化（与铁电极化交织），但它可以通过其他效应（例如退火（非本征）和极性诱导的缺陷形成（本征））部分平衡。这项工作提供了深入了解铁电HfO 2/电介质界面和一些有用的影响，器件的发展。
2021-11-18 cond-mat.mtrl-sci
Rashba dominated spin-splitting in the bulk ferroelectric oxide perovskite KIO3
动量相关的Rashba和Dresselhaus自旋劈裂因其在自旋电子学中的重要应用而备受关注。本文采用从头计算密度泛函理论研究了铁电氧化物钙钛矿KIO 3的自旋劈裂效应。我们的计算还支持对称性调整的两带k.p哈密顿量。菱形R3m和R3c相在导带底（CBM）和价带顶（VBM）处观察到不可忽略的自旋劈裂效应。线性Rashba项成功地解释了VBM处的分裂。然而，立方项在实现CBM附近的自旋取向中变得重要。我们的研究结果表明，Rashba参数的增强调谐铁电序参量。此外，我们还观察到自旋取向的逆转对切换的极化方向。
2021-05-18 cond-mat.mtrl-sci
Photovoltaic effect in multi-domain ferroelectric perovskite oxides
我们提出了一个器件模型，阐明了畴壁的光伏效应在多畴铁电钙钛矿的作用。该模型考虑了铁电极化、空间电荷、光生和电子输运之间复杂的相互作用。当应用于铋铁氧体，结果表明一个显着的电势跨越71度和109度畴壁，这反过来又有助于光伏（PV）效应。我们还发现极化和氧八面体倾斜之间的强相关性，这表明后者在PV效应中的重要作用。基于畴壁的PV效应在本质上是加性的，允许产生带隙以上电压的可能性
2018-11-19 cond-mat.mtrl-sci
First-principles study of the electrooptic effect in ferroelectric oxides
我们提出了一种方法来计算的电光张量的第一性原理，明确考虑到电子，离子和压电的贡献。这使我们能够研究三种铁电ABO_3化合物：LiNbO_3，BaTiO_3，PbTiO_3的非线性光学行为。我们的计算揭示了软模对LiNbO_3和BaTiO_3的电光系数的主要贡献，并确定了电场和沿B-O链的极性原子位移之间的耦合是这些化合物中大电光响应的起源。
2004-09-03 cond-mat.mtrl-sci
Two-dimensional ferroelectricity induced by octahedral rotation distortion in perovskite oxides
二维铁电性自从在范德瓦尔斯材料的单层膜中被发现以来，引起了人们的广泛关注。通过第一性原理计算，我们发现八面体旋转畸变引起的二维铁电性广泛存在于钙钛矿双层体系中。钙钛矿容限因子对钙钛矿单层和双层的晶格动力学和基态结构起着至关重要的作用，从而为筛选这种混合的非正常铁电性提供了重要指标。通常，通过正交孪晶态的铁电开关具有最低的能垒。外延应变可以通过改变八面体旋转和倾斜畸变的幅度来有效地调节铁电极化和铁电开关。增加的压缩应变通过抑制倾斜畸变而引起极性到非极性的相变。在与衬底的界面处的八面体畸变的协同效应可以降低反转模式的能垒，甚至可以改变最低能量的铁电开关路径。
2022-02-10 cond-mat.mtrl-sci
Ab initio Study of Valley Line on a Total-Energy Surface for Zone-Center Distortions of Ferroelectric Perovskite Oxides BaTiO3 and PbTiO3
采用从头算结构优化技术确定了钙钛矿型铁电氧化物带心畸变的总能量面谷线，并应用于钛酸钡BaTiO 3和钛酸铅PbTiO 3.所提出的技术是对King-Smith和Vanderbilt的方案[Phys.Rev.B49，p.5828（1994）]的改进，该方案将总能量作为原子位移幅度的函数进行评估。数值计算结果表明，总能量可以表示为一个四阶函数的原子位移振幅在BaTiO 3，但不是在PbTiO 3。
2004-03-24 cond-mat.mtrl-sci
Quantitative 3D mapping of chemical defects at charged grain boundaries in a ferroelectric oxide
氧化物界面的极性不连续性和结构变化可以引起各种各样的电子和离子现象。在外延系统中，包括铁电畴壁和超晶格中的界面，相关的效应已经被深入研究。在这里，我们研究多晶铁电ErMnO3中的极性不连续性和晶界处的局部化学之间的关系。使用取向映射和不同的扫描探针显微镜技术，我们表明，多晶材料开发带电的晶界增强电子电导。通过进行原子探针断层扫描测量，我们发现在所有的晶界的铒和氧的耗尽的富集。所观察到的组成变化转化为超过可能的极化驱动效应的电荷，表明结构现象而不是静电决定了局部化学组成和电子输运行为的相关变化。研究表明，带电晶界的行为明显不同于带电畴壁，在极性氧化物界面的性能工程提供了额外的机会。
2023-03-23 cond-mat.mtrl-sci
Nonlinear optical response of ferroelectric oxides: first-principles calculations within the time-domain and the frequency-domain
利用第一性原理计算了LiNbO $_3$、LiTaO $_3$和KNbO $_3$的二阶和三阶非线性极化率。两种不同的方法进行了比较，一种方法是基于频域内的微扰方法，另一种方法是基于电极化的强度的时间演化。两种方法计算的铌酸锂$_3$铁电相的二次谐波系数的频率依赖性非常一致。这进一步验证了实验数据的铌酸锂$_3$和钽酸锂$_3$，测量的入射范围的光子能量在0.78 eV和1.6 eV之间。此外，基于实时的方法被用来估计所有研究的铁电氧化物的三阶非线性极化率。我们进一步表明，准粒子的影响，考虑通过一个剪刀位移与计算效率的独立粒子近似相结合，导致所有的光谱特征向更高的能量和减少的光学非线性的大小。超极化率中的主共振能量表明，对于所有研究的材料，光谱可以通过基本带隙内的多光子吸收来理解。
2022-04-11 cond-mat.mtrl-sci
Advancing from phenomenological to predictive theory of ferroelectric oxide solution properties through consideration of domain walls
从组成预测材料的性能是材料科学的一个基本目标，可以极大地促进功能材料的发展。它特别适用于铁电钙钛矿固溶体，其中组成变化是材料设计的主要工具。为了超越常用的Landau-Ginzburg-Devonshire和密度泛函理论方法，尽管他们的权力是不可预测的，我们阐明了关键的相互作用，管理铁电体使用5原子散装单位电池和非基态缺陷样铁电畴壁尽可能简单，但不是更简单的模型系统。我们还开发了一个理论，在几个不同的长度尺度，铁电，反铁电和铁电相稳定性和关键的转变温度，矫顽场和极化性质的组合物的预测提供了一个统一的框架。阐明的物理意义的关系，使有前途的压电和介电材料的快速识别。
2021-04-25 cond-mat.mtrl-sci
Strain-Induced Room-Temperature Ferroelectricity in SrTiO$_3$ Membranes
复合氧化物异质外延的进展突出了利用应变工程通过晶格失配来控制薄膜异质结构中的铁电性的巨大潜力。然而，这种方法缺乏产生大的和连续可变的应变状态的能力，从而限制了设计和调节铁电膜的期望性质的潜力。在这里，我们观察和探索动态应变诱导铁电性SrTiO $_3$层压独立的氧化膜上的可拉伸的聚合物衬底。利用扫描探针显微镜，光学二次谐波产生测量和原子模型的组合，我们证明了强大的室温铁电性在SrTiO $_3$与2.0%的单轴拉伸应变，证实了180°铁电畴和400 K的外推转变温度的显着特征。我们的工作揭示了利用氧化物膜在环境友好的无铅氧化物中产生和增强铁电性的巨大潜力，这对非易失性存储器和微波电子学等应用具有很大的希望。
2020-05-18 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
Rashba spin-splitting in ferroelectric oxides: from rationalizing to engineering
铁电Rashba半导体（FERSC），其中Rashba自旋分裂可以通过电场控制和逆转，最近已经出现作为一类新的功能材料用于自旋电子学应用。然而，基于这种材料的混凝土装置的开发仍然受到缺乏稳健的FERSC化合物的阻碍。在这里，我们表明，大的自发极化和相当大的自旋轨道耦合的共存是不足以有很强的Rashba效应，并澄清为什么简单的铁电氧化物钙钛矿与过渡金属在B-网站通常不是合适的FERSC候选人。通过合理化如何通过层状钙钛矿中的电子结构的能带工程来绕过这种限制，我们将Bi $_2$ WO $_6$ Aurivillius晶体确定为具有大的且可逆的Rashba自旋分裂的第一个稳健的铁电体，其甚至可以基本上掺杂而不损失其铁电性质。重要的是，我们强调，一个单向的自旋-轨道场出现在层状Bi $_2$ WO $_6$，从而防止自旋退相干。我们强调，此外，一个单向的自旋-轨道场出现在Bi $_2$ WO $_6$，其中的自旋纹理是如此防止自旋退相干。
2019-03-21 cond-mat.mtrl-sci
Crystal Engineering and Ferroelectricity at the Nanoscale in Epitaxial 1D Manganese Oxide on Silicon
铁电氧化物由于其广泛的应用，特别是在非易失性存储器和隧道结等电子器件中的应用，引起了人们的广泛关注。因此，将这些材料单片集成到硅技术及其纳米结构中以开发替代的成本效益工艺是当前技术的中心点。在这项工作中，我们使用一种化学方法来获得一种新的Sr 1 +δ Mn 8 O 16（SMO）的锰氧化物纳米线薄膜在硅上。扫描透射电子显微镜结合晶体学计算揭示了一种晶体结构，包括锰锰矿和软锰矿单元共享其MnO 6八面体的边缘，导致沿c轴排列的三种类型的隧道，其中Sr原子的排序产生自然的对称性破坏。这种新的结构产生铁电性和压电性，如通过局部直接压电力显微镜测量所揭示的，其证实了SMO纳米线薄膜在室温下的铁电性质，并显示出22.6 pC/N的压电系数d33值。此外，我们证明了柔性垂直SMO纳米线可以收获和转换成电输出能量通过压电效应，表现出良好的可变形性和高界面复合。这项工作表明了在硅上集成1D锰氧化物的可能性，这是微电子器件生产之前的一个步骤。
2020-12-31 cond-mat.mtrl-sci
Spectroscopic properties and lattice dynamics of ferroelectric and related functional oxide ceramics
讨论了高介电常数介质和铁电材料的介电响应随频率的变化，重点讨论了在微波和红外范围内的动态行为。在介绍了局域动力学无序固体中极性声子响应和非谐跳跃的一般模型，包括位移和有序-无序铁电相变的讨论之后，我们总结了所选的铁电、初始铁电和反铁电钙钛矿陶瓷的实验数据（STO，BTO，BST，PZO），讨论了由于低介电常数（死）晶粒-边界层引起的介电晶粒尺寸效应。其他重要的结构类型的铁电体（Aurivillius化合物SBT，pyrophilores CNO，PMN），以及提到。然后，注意弛豫铁电体（PLZT，PMN，PMT，PST，NBT的钙钛矿结构和SBN和一种新的BLNTN固溶体系统和SLTN的钨青铜结构）和它们的非常广泛和复杂的介电色散。然后总结了磁电多铁性材料（BiFeO_3，BiFe_（1/2）Cr_（1/2）O_3，EuTiO_3）的最新研究结果，最后介绍了我们在微波陶瓷（用于微波应用）方面的研究结果，主要讨论了从红外和太赫兹波段外推微波介电性能的问题。增加了一个词汇表，简要解释了读者可能不太熟悉的几个概念的含义。
2008-12-17 cond-mat.mtrl-sci
Ferroelectric 2D Antimony Oxides with Wide Bandgaps
采用进化算法结合第一性原理密度泛函理论（DFT）计算，预测了二氧化锑的第一个二维多晶型，即$γ$ -Sb $_2$ O $_4$和$δ$ -Sb $_2$ O $_4$.在$γ$ -Sb $_2$ O $_4$中发现面外铁电性，而在$δ$ -Sb $_2$ O $_4$中发现面内铁电性。预测的$γ$ $_2$ O和$δ$ $_2$ O $_4$相的偶极矩分别为36.63和14.96埃，表明它们可以作为制备铁电器件的良好候选物。计算结果表明，掺杂其他V族元素或施加应变可以降低开关势垒，从而促进开关。GW计算的结果表明，$γ$-Sb $_2$ O $_4$和$δ$ $_2$ O $_4$在其单层中的间接带隙分别为5.51和3.39 eV.拉曼光谱的计算，以方便预测结构的实验研究。面内和面外二维铁电性的存在以及大的带隙使得这种材料系统对于潜在的应用特别感兴趣。
2022-08-07 cond-mat.mtrl-sci
Pressure-Dependent Phase Transitions in Hybrid Improper Ferroelectric Ruddlesden-Popper Oxides
近年来，由于某些化学成分表现出所谓的混合不适当铁电性，具有钙钛矿双层的Ruddlesden-Popper氧化物中的温度依赖性相变受到越来越多的关注。然而，目前很少了解这些相变的流体静压力的依赖性。本文介绍了高压粉末同步辐射X射线衍射实验和$ab~initio$计算的结果，双层Ruddlesden-Popper相Ca $_{3}$ Mn $_{2}$ O $_{7}$和Ca $_{3}$ Ti $_{2}$ O $_{7}$。在这两种化合物中，我们观察到极性$A2_{1}am$和非极性$Acaa$结构之间的一级相变。有趣的是，我们表明，虽然压力的应用最终有利于非极性相-正如通常观察到的适当的铁电体-区域的响应存在的压力实际上起到增加极性模式振幅。其原因可以通过考虑八面体倾斜和旋转对静水压力的不同响应以及它们与极不稳定性的三线性耦合来解开。
2021-12-07 cond-mat.mtrl-sci
Origin of ferroelectricity and multiferroicity in binary oxide thin films
在二元氧化物薄膜中观察到铁电、铁磁和铁弹相引起了科学家和工程师的广泛兴趣。然而，所观察到的行为的物理性质的理论考虑主要是从第一性原理的HfO 2薄膜，并在朗道-金兹伯格-德文郡（LGD）的唯象方法的框架中，特别注意在这两种情况下的氧空位的作用。考虑到LGD理论的一般性，我们在这项工作中将其应用于二元氧化物组。已经在假设氧空位作为弹性偶极子可以由于缺陷位点诱导的和/或表面诱导的反转对称性破缺（经由例如压电效应）而部分地转变成电偶极子并且可以“迁移”超薄膜的整个深度的情况下执行了计算。计算了室温下不同膜厚下薄膜极化随外加电压的变化关系。由于许多二元氧化物膜是铁电和铁磁的，由于相同的氧空位，它们可以是多铁性的。计算表明，二元氧化物薄膜是一类新的多铁性材料，具有广泛的物理性质，可用于纳米电子学和纳米技术。通过选择氧空位浓度、膜厚和特殊的工艺处理如退火，可以控制薄膜的性能。
2020-12-05 cond-mat.mtrl-sci
Geometric Ferroelectricity in Fluoro-Perovskites
我们用第一性原理计算研究了ABF 3氟钙钛矿中铁电不稳定性的存在和起源。我们发现，许多氟钙钛矿具有铁电不稳定性，在其高对称性的立方结构，这是类似的幅度，通常发现在氧化物钙钛矿。然而，与氧化物相反，氟化物具有名义玻恩有效电荷，表明不稳定性的不同机制。我们发现，不稳定性源于离子尺寸效应，因此在大多数情况下，在很大程度上不敏感的压力和应变，再次在氧化物钙钛矿。一个例外是NaMnF 3，其中与具有相等的面内晶格常数的衬底匹配的相干外延应变使体Pnma结构不稳定，导致铁电性，并且实际上是多铁性，具有不寻常的极化/应变响应的基态。
2013-11-10 cond-mat.mtrl-sci
Dielectric and electro-mechanic nonlinearities in perovskite oxide ferroelectrics, relaxors and relaxor ferroelectrics
铁电材料在低于宏观矫顽场的场下的极化和应变响应对于许多电子器件的操作至关重要。实际铁电材料和相关材料的响应一般是复杂的，难以解释。其原因是铁电材料中的许多过程通常同时有助于其性质。实例包括铁电和铁弹畴的运动、畴内畴的存在、不同类型的极性纳米实体的动力学、极性纳米实体（例如，弛豫器中的极性纳米区域）与域内的应变和极化、缺陷的运动和缺陷簇的重排以及它们与极化和应变的相互作用。这些过程的一个特征是应变和极化的非线性。大多数铁电体在所有实际场水平下都表现出非线性响应，这意味着表观材料系数取决于驱动激励的幅度。在本文中，我们表明，非线性行为的调查是一个敏感的方式来研究各种机制的电介质和压电材料。我们回顾了极化和应变的非线性描述的基本形式主义，给出了不同的条款的物理解释，并说明了这种方法的弛豫，弛豫铁电体，硬和软铁电体，和morphotropic相边界组合物的许多例子。基于锁定技术，是非常适合这样的研究的实验方法也进行了讨论。
2021-02-09 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
Ferroelectricity in artificial bicolor oxide superlattices
我们报告的高品质的双色氧化物超晶格的生长和性能，由两个钙钛矿的钛酸钡，钛酸钡，钛酸钙，和钛酸锶。人工生长的超晶格在结构上是独特的，并且具有宏观上均匀的相，这是不可行的，以块体形式重建。通过人工结构化，发现与具有相同总体组成的伪二元陶瓷相比，这种超晶格的极化可以大大增加。超晶格中这种强烈的增强归因于由于静电和弹性相互作用的界面耦合而在异质界面处的A位阳离子的新发展的离子运动，这在单相材料中是找不到的。
2007-09-12 cond-mat.mtrl-sci
Review on Giant Magnetoelectric effects in Oxide ferromagnetic/ferroelectric Layered Structures
讨论了层状铁氧体-锆钛酸铅（PZT）和层状镧铈矿-PZT的合成及巨磁电相互作用的观察。在我们的研究中使用的铁氧体包括纯的和Zn取代的钴，镍和锂铁氧体。所使用的铁磁锰氧化物包括钙和锶取代的系统。样品由通过流延获得的10-40 mm厚的膜制备。我们的研究表明，在锰氧化物-PZT和钴锌铁氧体-PZT，和一个巨大的ME效应在镍锌铁氧体-PZT强烈的ME耦合。我们发现Zn辅助增强ME系数的证据，这归因于低各向异性和高磁导率，导致复合材料中有利的磁-机械耦合。
2004-01-29 cond-mat.mtrl-sci
Using ultrashort optical pulses to couple ferroelectric and ferromagnetic order in an oxide heterostructure
利用时间分辨二次谐波（SHG）技术研究铁电/铁磁氧化物异质结构，实现了超快时间尺度上电磁序耦合的全光检测和控制.我们利用飞秒光脉冲改变Ba $_{0.1}$ Sr $_{0.9}$ TiO $_{3}$（BSTO）/La $_{0.7}$ Ca $_{0.3}$ MnO $_{3}$（LCMO）异质结的自旋取向，并利用二次谐波选择性地探测铁电响应。在这种异质结构中，泵浦脉冲光激发LCMO中的非平衡准粒子，这些准粒子在几十皮秒的时间尺度上经历自旋晶格弛豫之前与声子快速相互作用。这减少了LCMO中的自旋-自旋相互作用，通过磁致伸缩对BSTO施加应力。然后，这通过压电效应在比从LCMO到BSTO的激光诱导热扩散快得多的时间尺度上修改FE极化。因此，我们已经证明了超快间接磁电效应介导的FE/FM异质结构通过弹性耦合，与时间尺度主要由自旋晶格弛豫FM层。
2015-01-08 cond-mat.mtrl-sci
Ferroelectric ZrO$_{2}$ monolayers as buffer layers between SrTiO$_{3}$ and Si
最近在Si（001）表面上生长了单层ZrO $_{2}$，并显示出具有铁电性质，这意味着实现了铁电氧化物的最低可能厚度[M. Dogan等人，Nano Lett.，18（1）（2018）]。在我们以前的计算研究中，我们报道了Si上ZrO $_{2}$单层的多（Meta）稳定构型，以及如何在一对不同极化构型之间切换可以解释观察到的这些膜的铁电行为[M. Dogan和S. Ismail-Beigi，arXiv：1902.01022（2019）]。在目前的研究中，我们进行了基于DFT的调查（一）氧含量的氧化物的离子极化的影响，和（二）氧化锆单层之间的缓冲层的作用，硅和较厚的氧化膜，通常是顺电的硅，例如SrTiO $_{3}$。我们发现（i）单层的总能量与极化行为以及界面化学高度依赖于氧含量;和（ii）SrTiO $_{2}$/ZrO $_{2}$ /Si堆叠表现出多种（Meta）稳定配置和极化曲线，即氧化锆单层可以诱导铁电性当用作缓冲层时，氧化物如SrTiO $_{3}$。这可以实现鲁棒的非易失性器件架构，其中可以根据期望的性质来选择栅极氧化物（这里是钛酸锶）的厚度。
2019-03-27 cond-mat.mtrl-sci
Interfacial Multiferroics of TiO2/PbTiO3 Heterostructure Driven by Ferroelectric Polarization Discontinuity
当两种不同的氧化物材料结合在一起形成界面时，就会出现新的现象。例如，在LaAlO_3/SrTiO_3界面处，形成二维导电态以避免极性不连续，并且在该界面处发现磁性。在这项工作中，我们提出了一种新型的界面之间的两个非极性和非极性的氧化物，可以主机的导电状态与磁性，它是铁电极化不连续性，而不是极性不连续性，导致电荷转移，形成界面导电或磁性状态。作为一个具体的例子，我们用第一性原理计算研究了铁电钙钛矿氧化物PbTiO 3和非铁电极化氧化物TiO 2构成的异质结构。我们发现，电荷转移到界面层形成的界面导电状态与铁磁有序，可以持续到室温。特别是体铁电极化与界面铁磁性之间的强耦合代表了一种新型的磁电效应，为探索有趣的界面多铁性提供了理想的平台。这里的发现不仅对基础科学很重要，而且对纳米电子学和自旋电子学的有前途的应用也很重要。
2017-02-22 cond-mat.mtrl-sci
Ferroelectric switched all-metallic-oxide $p$-$n$ junctions
我们首次报道了金属$p$ - $n$结的形成，铁电（Ba，Sr）TiO $_3$（BST）开关最佳电子掺杂（$n$型）金属T '相超导体，（La，Ce）$_2$ CuO $_4$（LCCO）和空穴掺杂（$p$型）金属CMR锰氧化物（La，Sr）MnO $_3$（LSMO）结.与之前的半导体$p$ - $n$相比，（$p$ - $n$）结，本发明的金属氧化物$p$ -$n$结通过双势垒场、内置场$V_0$和铁电反向极化场$V_{rp}$来切换，两者共同作用，使结具有确定的参数，如确定的可忽略的反向电流（$10^{-9}$ A），大击穿电压在偏置电压1.2 ~ 2.0 V，温度5 ~ 300 K范围内，采用了正激整流（$>2\times10^4$）和负激整流（$>$ 7 V）。相关的输运功能，势垒尺寸效应，温度效应也被观察和定义。
2006-11-19 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
Photoferroelectric oxides
在多铁性BiFeO 3薄膜中观察到的体光伏效应引起了人们对光伏应用的光铁电材料的新兴趣。通过使用窄带隙铁电体增加吸收，已经取得了巨大的进步，以提高光铁电体的功率转换效率（高达8.1%）。其他策略，因为它是更有效地利用铁电内部电场，正在进行中。此外，作为副产品，光致伸缩也取得了一些进展，这是光致变形现象。在这里，我们回顾正在进行的和有前途的路线，以提高铁电体的光响应。
2017-09-26 cond-mat.mtrl-sci
Hybrid exchange-correlation functional for accurate prediction of the electronic and structural properties of ferroelectric oxides
采用原子轨道线性组合方法，系统地比较了不同的密度泛函理论和混合交换相关泛函理论对铁电氧化物电子和结构性质的预测.结果发现，没有一个可用的功能是能够提供，在同一时间，准确的电子和结构性能的立方相和四方相的BaTiO $_3$和PbTiO $_3$。一些，虽然不是全部，通常的DFT泛函预测的结构与可接受的精度，但总是低估了电子带隙。相反，常见的混合泛函产生的带隙的改进的描述，但高估的体积和原子扭曲相关的铁电性，从而导致一个不可接受的大$c/a$比率为两种化合物的四元相。发现这种超四边形性主要由对应于广义梯度近似（GGA）的交换能引起，并且在较小程度上由混合泛函的精确交换项引起。因此，我们提出了一个替代的功能，混合确切的交换与最近提出的GGA的吴和科恩[物理评论B 73，235116（2006）]，对于固体，改善了最常见的GGA的交换的处理。新的功能呈现一个准确的描述典型的铁电氧化物的结构和电子性质。
2008-05-06 cond-mat.mtrl-sci
Coexistence and interplay of two ferroelectric mechanisms in Zn1-xMgxO
本研究利用自动频带激发压电响应力显微镜揭示了Zn1-xMgxO中两种铁电子系统的共存，提出了独特的“边缘脊机制”极化翻转，为铁电基础科学与信息技术应用提供了新理解。
2024-02-13 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
Stabilization of Ferroelectric Hf0.5Zr0.5O2 Epitaxial Films via Monolayer Reconstruction Driven by Interfacial Redox Reaction
本文揭示了通过界面氧化还原反应驱动的单层重构机制，可在单胞厚度的La0.67Sr0.33MnO3缓冲层上稳定外延生长亚稳铁电Hf0.5Zr0.5O2薄膜，为探索金属氧化物功能性亚稳相提供了新思路。
2023-07-11 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
Peak splitting and bias fields in ferroelectric hafnia mediated by interface charge effects
该研究通过在不同电容器叠层中引入氧化铌层，结合XPS与TEM表征，揭示界面带电空位和电荷俘获形成的偏置场如何导致或消除铁电氧化铪初始态的峰分裂与印记。
2025-03-14 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Hybrid antiferroelectric-ferroelectric domain walls in noncollinear antipolar oxides
本文提出非共线偶极序作为反铁电体的新自由度，在K$_3$[Nb$_3$O$_6$|(BO$_3$)$_2$]中实现反铁电与铁电行为共存，并观察到带电畴壁及显著压电响应，为多功能氧化物研究开辟新方向。
2025-07-02 cond-mat.mtrl-sci
Reversibly Strain Engineering and Electric-Field Control of Crystal Symmetry in Multiferroic Oxides
本研究通过薄膜厚度调控残余应变，在 La 掺杂 BiFeO3 薄膜中稳定反铁电正交相，并实现电场下其与铁电菱方相之间的可逆相变。
2025-02-18 cond-mat.mtrl-sci
Giant Tunneling Electroresistance Effect Driven by an Electrically Controlled Spin Valve at a Complex Oxide Interface
利用铁电势垒与磁性La_（1-x）Sr_xMnO_3电极界面的磁电效应，在铁电隧道结中可以实现巨隧穿电阻效应。使用第一性原理密度泛函理论，我们证明了一些磁性单层的La 1-xSrxMnO 3的界面附近的行为，在响应铁电极化反转，作为一个原子尺度的自旋阀通过过滤自旋相关的电流。这种效应产生电导的一个数量级以上的变化，因此构成了巨大的阻变效应。
2011-04-01 cond-mat.mtrl-sci
Modelling Thickness-Dependence of Ferroelectric Thin Film Properties
我们提出了一个偏析应变模型，描述了厚度依赖的铁电薄膜的介电性能。使用唯象朗道方法，我们目前的结果为两种特定的材料，尽可能与实验和第一性原理计算进行比较。我们还建议一个“吸烟枪”台式探头来测试我们的弹性方案。
2007-10-07 cond-mat.mtrl-sci
Strain-induced polarization rotation in freestanding ferroelectric oxide membranes
本研究探讨自支撑铁电氧化物薄膜中应变对极化的影响，通过多种表征技术揭示折叠状Pb(Zr,Ti)O3薄膜顶点处极化从面外到面内的旋转，阐明应变与应变梯度的作用，为应变调控铁电特性提供新见解。
2025-04-12 cond-mat.mtrl-sci
Epitaxial TiOx Surface in Ferroelectric BaTiO3: Native Structure and Dynamic Patterning at the Atomic Scale
铁电氧化物的表面和界面表现出增强的功能，因此可以作为新的纳米和量子技术的平台。与研究金属氧化物表面微妙的电化学机械平衡相关的实验和理论挑战阻碍了对其结构和行为的理解和控制。在这里，我们结合先进的电子显微镜和第一原理热力学方法，揭示了种子铁电钛酸钡的表面的原子尺度的化学和晶体结构。我们表明，该表面是由一个原生的< 2纳米厚的TiOx岩盐层与钛酸钡外延注册。使用电子束照射，我们成功地图案化人工氧化钛网站与亚纳米分辨率，通过诱导钡逃逸。因此，我们的工作提供了电化学机械的铁电表面行为的见解，除了可扩展的高分辨率的光束诱导化学光刻的方法，选择性地驱动表面相变，从而功能化金属氧化物表面。
2019-03-29 cond-mat.mtrl-sci
Improper Ferroelectricity and Piezoelectric Responses in Rhombohedral ($A$,$A^{\prime}$)$B_2$O$_6$ Perovskite Oxides
随着各种行业所需工作范围的增加，对高温电子材料的需求不断增加。在这里，我们设计了$(A,A^\prime)B_2$ O $_6$钙钛矿氧化物与[111]"岩盐”$A$ -位阳离子顺序，并预测它们是潜在的高温压电材料。通过选择具有仅异相$B$ O $_6$旋转趋势的块状钙钛矿，我们避免了可能的交错铁电到顺电相变，同时还保留了铁电和压电所需的非中心对称晶体结构。使用密度泛函理论计算，我们表明，（La，Pr）Al $_2$ O $_6$和（Ce，Pr）Al $_2$ O $_6$显示在其极性基态结构的自发极化，我们还计算了每个阶段的介电常数和压电常数。此外，我们预测的临界相变温度为每种材料的第一性原理证明，压电响应，这是传统的无铅压电，应坚持高温。这些特征使得岩盐$A$位有序铝酸盐成为高温传感器、致动器或其他电子器件的候选者。
2014-03-02 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
Dimensionality-induced change in topological order in multiferroic oxide superlattices
我们构造了不同折射率m的铁电（LuFeO 3）m/（LuFe 2 O 4）超晶格，研究了限制效应对拓扑缺陷的影响.我们观察到一个厚度依赖的过渡从中性带电畴壁和分数涡旋的出现。在薄的LuFeO 3层中，畴壁的体积分数增长，在达到非极性P63/mmc状态之前将对称性从P63 cm降低到P3 c1，类似于高温铁电到顺电转变。我们的研究表明，尺寸限制如何稳定的纹理超出那些在散装铁电系统。
2020-07-08 cond-mat.mtrl-sci
Microscopic model for the ferroelectric field effect in oxide heterostructures
为了研究含铁电组分的氧化物异质结构，引入了一个描述铁电场效应的微观模型哈密顿量。长程库仑相互作用被纳入作为一个静电势，解决自洽连同电荷分布。一个通用的双交换系统被用作导电沟道，外延连接到铁电栅极。所观察到的铁电屏蔽效应，即界面附近的电荷积累/耗尽，示出驱动界面相变，引起强大的磁电响应和双极电阻开关，定性与以前的密度泛函理论计算。该模型可以很容易地适应其他材料通过修改的导电通道的哈密顿量，它是有用的模拟铁电场效应器件，特别是那些涉及强相关的电子元件从头算技术是很难应用。
2011-09-22 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
