Impact of Zr substitution on the electronic structure of ferroelectric hafnia
本研究采用自能修正密度泛函理论，系统探究Zr取代对铁电铪基氧化物电子结构的影响，明确了HZO带隙随Zr含量的变化规律与机制，同时解释了HfO₂/ZrO₂超晶格带隙低于ZrO₂的原因。
2023-02-08 cond-mat.mtrl-sci
Designing wake-up free ferroelectric capacitors based on the $\mathrm{HfO_2/ZrO_2}$ superlattice structure
针对铪基铁电电容器的唤醒问题，提出从Pt/ZrO₂界面侧加热的单向退火法制备HZO超晶格铁电电容器，实现无唤醒特性与27.4μC/cm²的2Pᵣ，该方法也适用于其他铪基铁电器件。
2022-06-29 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
The Origin of Ferroelectricity in Hf$_{x}$ Zr$_{1-x}$ O$_2$: A Computational Investigation and a Surface Energy Model
采用密度泛函方法研究了HfOPDMATHABMM、ZrOPDMATHABMM和HfPDMATHABMN $_{0.5}$ Zr $_{0.5}$ O $_2$（HZO）的铁电相的结构、热性能和介电性能.我们发现，铁电正交晶系Pca 2 $_{1}$相的自由体能是不利的单斜晶系P2 $_{1}$ /c和正交晶系Pbca相相比，所有调查的Hf $_χ$ Zr $_{1-χ}$ O $_2$系统的化学计量。为了解释纳米薄膜中铁电相的存在，我们探索吉布斯/亥姆霍兹自由能作为应力和薄膜应变的函数，并发现它们不太可能成为最小的HZO薄膜的技术相关条件。为了评估表面能的相稳定性的贡献，我们参数化的模型，现有的数据之间的插值，并找到最小的尺寸和化学计量的范围内的铁电晶粒的亥姆霍兹自由能。从该模型中，我们预测未掺杂的HfO $_2$是铁电的晶粒尺寸约为4 nm和外延HZO低于5 nm。此外，我们还计算了从P4 $_2$ /nmc相到ZrO $_2$反铁电相转变所需的外加电场强度为1 MV/cm，与实验数据相符，解释了场致相变的机理。
2015-07-02 cond-mat.mtrl-sci
Tunable Defect Engineering of Mo/TiON Electrode in Angstrom-Laminated HfO$_2$/ZrO$_2$ Ferroelectric Capacitors towards Long Endurance and High Temperature Retention
本研究提出基于层状HfO₂/ZrO₂与多功能TiN/Mo/TiOₓNᵧ电极的缺陷调控方法，通过界面工程提升HZO铁电电容器的耐久性、极化反转速度与高温数据保持能力，为铁电存储器性能优化提供关键技术路径。
2023-11-06 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Ferroelectricity and piezoelectricity in monolayers and nanoplatelets of SnS
从第一性原理计算的基态结构的单层和纳米片的厚度从两个到五个单层的SnS。结果表明，只有奇数个单层的纳米物体是铁电的。计算了这些极性结构的铁电、压电和弹性性质。在这些纳米物体中的极化的外观被解释为存在于大块SnS的反铁电结构中的未补偿的极化。铁电性的机制，其中铁电畸变与孤对短程有序相关，可以被认为是产生具有高居里温度的铁电体的一种方式。
2018-10-27 cond-mat.mtrl-sci
Ferroelectricity and Antiferroelectricity in Elemental Group-V Monolayer Materials
铁电性通常存在于由不同元素组成的复合材料中。在这里，基于第一性原理计算，我们揭示了第一个例子的自发电极化和铁电性在稳定的二维元素材料：元素V族（砷，锑，铋）单层。极化是由于自发晶格畸变与原子层屈曲。有趣的是，对于Bi单层膜，除了铁电相，我们发现它也可以托管反铁电相。这些元素材料的居里温度可以高于室温，使它们有希望实现广泛感兴趣的铁电器件。
2017-06-18 cond-mat.mtrl-sci
Room Temperature Ferroelectricity and Electrically Tunable Berry Curvature Dipole in III-V Monolayers
通过第一性原理计算，预测了III-V族AB型单层具有室温铁电性，展示了电场可调的Berry曲率偶极矩与非线性霍尔电流，并证实其在高效铁电隧道结等下一代存储器件中的应用潜力。
2024-05-29 cond-mat.mtrl-sci
Purely in-plane ferroelectricity in monolayer SnS at room temperature
2D范德华铁电半导体已经成为一个有吸引力的构建块，具有巨大的潜力，提供多功能的纳米电子学。虽然已经报道了几个成就，在铁电电阻开关的平面外的2D铁电体下降到单层，一个纯粹的平面内的铁电还没有实验验证在单层厚度。在此，微米尺寸的单层SnS生长在云母上的物理气相沉积，和面内铁电开关表现出在室温下（RT）的两端器件。SnS通常被认为表现出奇偶效应，其中中心对称性仅在奇数层中断裂以表现出铁电性。然而，值得注意的是，一个强大的RT铁电性存在于SnS低于15层的临界厚度与奇数和偶数层。奇偶效应的缺乏可能源于与云母衬底的相互作用，这表明控制多层SnS的堆叠顺序的可能性，超出单层中的铁电性的限制。这项工作将为基于SnS作为面内铁电体新平台的纳米铁电应用铺平道路。
2020-06-18 cond-mat.mtrl-sci
The coexistence of magnetism and ferroelectricity in 3d transition metal doped SnTe monolayer
实现二维纳米材料的多铁性对于设计先进的纳米电子器件如非易失性多态数据存储至关重要。在本工作中，铁磁性和铁电性共存的单层SnTe系统的过渡金属（TM）掺杂的报告。基于第一性原理计算，在铁电SnTe单层膜中进行TM掺杂可以实现自发自旋极化。在Mn（Fe）掺杂的SnTe单分子膜中，除了出现面内铁电极化外，还出现了面外铁电极化，这是由于TM从表面的内部位移引起的。有趣的是，随着掺杂元素原子序数的增加，以TM为中心的晶场以及掺杂元素与Te之间的相互作用逐渐增强，这解释了形成能降低的原因。SnTe单层膜多铁性的实现为低维多铁性材料的实验制备提供了理论指导。
2019-06-25 cond-mat.mtrl-sci
Two-dimensional metallic ferroelectricity in PbTe monolayer by electrostatic doping
极性金属的铁电畸变和金属性同时并存的特点引起了人们的极大关注。在低维度下开发这样的材料仍然具有挑战性，因为传导电子和减小的维度都应该淬灭铁电性。在这里，基于第一性原理计算，我们报告的铁电行为的发现，在二维（2D）金属材料与静电掺杂，即使铁电性是非常规的原子尺度。我们发现PbTe单层膜是一种本征铁电体，其非中心对称的屈曲结构导致了明显的面外电极化的强度。在铁电单层中掺杂载流子可以保持铁电畸变，从而使掺杂的PbTe单层能够充当2D极性金属。从参数化的能量空间中提取有效哈密顿量，我们发现弹性-极性模相互作用对掺杂系统中存在鲁棒极性不稳定性具有重要意义.这种掺杂策略的应用并不局限于本晶体，而是相当普遍地应用于其他二维铁电体，以带来迷人的金属铁电性能。这一发现改变了人们对二维材料的传统认识，将有助于低维多功能材料的发展。
2020-03-21 cond-mat.mtrl-sci
Mechanically-controllable strong 2D ferroelectricity and anisotropic optical properties of flexible BiN monolayer
采用密度泛函理论和现代Berry相铁电方法研究了具有类磷烯结构的二维BiN单层材料的结构、电子、铁电和光学性质.声子谱和分子动力学模拟均表明BiN单层膜是室温稳定的二维铁电体，极化强度高达580 pC/m。进一步的研究表明，通过施加2.54 N/m的拉伸[010]应力或-1.18 N/m的压缩[100]应力，BiN单层中的极化可以很容易地从[100]方向切换到桥鞍相上的[010]方向。这种相变使得其晶格常数与其他非铁电2D材料相比在大范围内变化。此外，通过施加平行于极化方向的单轴拉伸应力，可以固定极化，并将半导体能隙从直接能隙变为间接能隙。的光学性质的特点是一个非常强的各向异性的反射率低于4 eV的光子能量。所有这些显著的铁电、电子和光学性质使我们相信，2D BiN单层可用于制造可拉伸电子器件和光学应用。
2017-11-27 cond-mat.mtrl-sci
Strain-tunable in-plane ferroelectricity and lateral tunnel junction in monolayer group-IV monochalcogenides
二维铁电材料是设计低维存储器件的一种很有前途的材料。在这里，我们探讨应变可调的IV族单硫族化合物MX（M=Ge，Sn; X=S，Se）的铁电性能及其在横向场隧道结器件的潜在应用。我们发现这些单层具有面内铁电性，其铁电参数与其他已知的二维铁电材料相当。在SnSe，SnS，GeSe和GeS中，我们发现GeS具有最好的器件应用的铁电参数，这可以通过施加单轴拉伸应变来进一步改善。我们使用这些材料的铁电性质的计算研究的隧道电阻（TER）的4 nm器件的横向铁电隧道结的基础上。我们发现了大量的TER比$10^3-10^5$在基于这些材料的设备，这可以进一步提高到40倍的拉伸应变的应用。
2022-01-21 cond-mat.mtrl-sci
Two-dimensional ferroelectric tunnel junction: the case of monolayer In:SnSe/SnSe/Sb:SnSe homostructure
铁电隧道结是铁电极化和量子隧穿紧密耦合而产生的隧穿电阻效应，由于其在非易失性和低功耗存储器件中的潜力而引起了人们的极大兴趣。然而，铁电尺寸效应阻碍了铁电隧道结表现出强大的TER效应。在这里，我们的研究提出了在二维面内铁电半导体中的掺杂工程作为设计由同质$p$型半导体/铁电/ $n$型半导体组成的二维铁电隧道结的有效策略。由于平面内极化在单层铁电势垒中持续存在，二维铁电隧道结的垂直厚度可以和单层一样薄。我们表明，单层In：SnSe/SnSe/Sb：SnSe结提供了这种策略的一个实施例。结合密度泛函理论和非平衡格林函数方法，研究了In：SnSe/SnSe/Sb：SnSe的电子输运性质，揭示了1460 $\%$的巨TER效应.铁电开关过程中势垒宽度和势垒高度的动态调制是造成这种巨大TER效应的原因。这些发现提供了一个重要的洞察力，对材料中的电子在二维极限的量子行为的理解，并使新一代的非易失性存储器件的基础上灵活的二维横向铁电隧道结的新的可能性。
2019-06-08 cond-mat.mtrl-sci
Two-dimensional Ferroelectric Ferromagnetic Half Semiconductor in VOF monolayer
本文提出了一种高稳定性的二维多铁性VOF单层材料，它是一种具有大自旋极化度~2 $μ_{B}/V$原子和沿a轴（410 $μeV/V$原子）显著的单轴磁各向异性的本征铁磁半导体。同时，VOF具有很好的铁电性，其自发极化强度为32.7 $μC/cm^{2}$，两个铁电态之间的能垒为43 meV/atom，这归因于Jahn-Teller畸变，并且VOF单层在面内方向具有超大的负泊松比（~-0.34）.基于伊辛模型的蒙特卡罗模拟结果表明，VOF单层材料的居里温度约为215 K，在室温下，该温度在-4%的双轴压缩应变下可以得到提高.
2021-05-31 cond-mat.mtrl-sci
Ferroelectric gating of the PL in MoSe2
我们展示了一个二维铁电异质结构与单层MoSe $_2$和CuInP $_2$ S $_6$（CIPS）。在异质结中，CIPS电极化的强度导致单层MoSe $_2$中c电子的调制.
2021-03-03 cond-mat.mtrl-sci
Polarization Rotation Drives a Spin-Topological Transition in Ferroelectric Bismuth Monolayer
University of Science and Technology Beijing（北京科技大学）
研究铁电铋单层微观开关机制，用第一性原理等方法识别极化旋转路径，其能垒低且驱动自旋拓扑转变，单轴应变可调控，确立极化旋转为开关机制及二维铁电体可编程拓扑的有效途径。
2026-07-14 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
Improper Ferroelectricity at the Monolayer Limit
Cornell University（康奈尔大学）；University of Nebraska, Lincoln（内布拉斯加大学林肯分校）；Leibniz-Institut für Kristallzüchtung（莱布尼茨晶体生长研究所）；Pacific Northwest National Laboratory（太平洋西北国家实验室）；The Pennsylvania State University（宾夕法尼亚州立大学）；University of California, Berkeley（加州大学伯克利分校）；Rice University（莱斯大学）；Kavli Institute at Cornell for Nanoscale Science（康奈尔卡弗里纳米科学研究所）；Princeton University（普林斯顿大学）
研究发现单层极限下的不正常铁电性，通过稳定主要序参量实现超薄铁电材料的制备。
2025-03-08 cond-mat.mtrl-sci
Peculiar band geometry induced giant shift current in ferroelectric SnTe monolayer
体光生伏打效应（BPVE）是指均匀非中心对称材料在光照下产生光电流或光生伏打的现象，对体光生伏打效应的本征贡献称为漂移电流效应。我们用第一性原理方法计算了SnTe铁电单层的漂移电导率。我们发现单层SnTe在谷点附近具有巨大的漂移电流电导率。更值得注意的是，在该能量下的线性光吸收系数非常小，因此导致比BaTiO $_3$大四个数量级的巨大的玻璃系数。使用三带模型进一步研究了不寻常的移位电流效应。我们发现，巨位移电流电导率和玻璃系数是由非平凡的能带几何形状附近的谷点，在那里的位移矢量发散。这是一个突出的例子，带的几何形状可以发挥重要作用的基本性质的固体。
2023-01-31 cond-mat.mtrl-sci
Phase Switchable Photocatalytic Water Splitting via a Paraelectric-Ferroelectric Transition in Zr2Ge2S6 Monolayer: A Comprehensive Theoretical Insights
University of Rajshahi（拉杰沙希大学）
本研究通过第一性原理计算发现，Zr₂Ge₂S₆单层可通过顺电-铁电相变调控光催化水分解性能，其太阳能-氢能转换效率从顺电相的7.71%提升至铁电相的15.31%，为调控二维铁电材料光催化性能提供了有效策略。
2026-09-02 cond-mat.mtrl-sci
Ferroelectric modulation of quantum emitters in monolayer WS$_2$
本研究通过将单层WS$_2$与铁电聚合物P(VDF-TrFE)集成，提出控制单光子发射体纯度的新范式，实现高达94%单光子纯度及半经典与量子光区间可逆调节，为量子光子信息调制编码提供新途径。
2024-04-22 cond-mat.mtrl-sci
Ferroelectric polarization controlled orbital Hall conductivity in a higher-order topological insulator: \textit{d1T}-phase monolayer MoS$_2$
Shanghai University（上海大学）
研究探讨了单层d1T相MoS₂作为高阶拓扑绝缘体的特性，揭示了铁电极化对轨道霍尔电导的调控作用，为可调轨道霍尔效应提供了理论和材料基础。
2026-05-18 cond-mat.mtrl-sci
Reversible Gas Sensing by Ferroelectric Switch and 2D Molecule Multiferroics in In2Se3 Monolayer
二维铁电体是一种重要的量子材料，在非易失性存储器中有着重要的应用，然而，尽管其重要性，可逆极化对化学反应以及与环境相互作用的影响却很少被研究。在此，基于第一性原理计算，我们发现了In_2Se_3铁电层表面明显的气体吸附行为和铁电开关控制的可逆气体捕获和释放。我们将这种新现象合理化为气体前沿分子轨道和基底带边态之间能带排列引起的不同静电势和电子转移的协同效应。令人兴奋的是，顺磁性气体分子如NO和NO2的吸附可以诱导表面磁性，并且这种磁性对In2Se3的铁电极化方向也很敏感，表明In2Se3可以作为阈值磁传感器或开关。此外，两个NO分子更倾向于相互铁磁耦合，居里温度与极化有关，最高可达50K，这导致了人们长期寻求的二维分子多铁性。铁电体的可控吸附行为和分子的多铁性将在气体捕获、选择性催化还原和自旋电子器件等方面得到广泛的应用。
2019-12-03 cond-mat.mtrl-sci
Room-temperature antiferromagnetic CrSe monolayer with tunable metal-insulator transition in ferroelectric heterostructures
本研究通过进化算法与第一性原理计算发现室温稳定的二维反铁磁CrSe单层，并预测其与铁电Sc₂CO₂构成的范德华异质结存在电场可调的金属-绝缘体转变，为反铁磁自旋电子学器件提供新候选材料。
2023-04-28 cond-mat.mtrl-sci
Topological-transition-driven Giant Enhancement of Second-harmonic Generation in Ferroelectric Bismuth Monolayer
Fudan University（复旦大学）；Sun Yat-Sen University（中山大学）
铁电铋单层通过拓扑转变调控实现二次谐波生成的巨量增强，源于狄拉克电子的有效质量调控。
2026-03-06 cond-mat.mtrl-sci
Ferroelectricity-induced asymmetrical two-dimensional electron gas in superlattices consisteing of insulating GdTiO3 and ferroelectric BaTiO3
由于半导体界面的二维电子气可以具有高迁移率，并表现出超导性、磁性和其他在组成块体材料中意想不到的奇异性质。利用第一性原理计算研究了由铁电BaTiO $_3$（BTO）和铁磁绝缘极性GdTiO $_3$（GTO）组成的短周期（BTO）$_m$ /（GTO）$_2$（$m$ =2和4）超晶格的晶体结构、电子态和磁性.我们的研究表明，在GTO层中的中间Ti-O单层成为金属，因为在绝缘BTO层的铁电性诱导一个不均匀的电场对GTO层中的极性产生的电场，从而差分改变与GTO层的三个Ti-O单层的d能级。通过避免电子重构，铁电极化也使得两个界面Ti-O单层的电子态和磁性与没有铁电性的GTO/SrTiO $_3$超晶格中的电子态和磁性有很大的不同。这种超晶格由于其独特的非对称二维电子气性质和可能有用的自旋轨道效应而在潜在的自旋电子学应用中引起了人们的兴趣。
2016-08-29 cond-mat.mtrl-sci
Microscopic manipulation of ferroelectric domains in SnSe monolayers at room temperature
二维（2D）范德华铁电体为基于2D铁性材料的垂直和共面异质结的人工多铁性和非易失性电子器件的创建提供了前所未有的架构自由。然而，在具有面内极化的单层厚的2D铁电体中，铁电畴的受控微观操纵仍然是罕见的。在这里，我们报告的发现强大的铁电性与临界温度接近400 K的SnSe单层板生长在石墨烯，和示范控制室温铁电畴操纵施加适当的偏置电压脉冲的尖端的扫描隧道显微镜（STM）。这项研究表明，STM是一个强大的工具，用于检测和操纵的微观域结构的2D铁电单层，这是很难用传统的方法，如piezoresponse力显微镜，从而促进狩猎其他2D铁电单层与平面内极化具有重要的技术应用。
2020-08-25 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Strain-induced gauge and Rashba fields in ferroelectric Rashba lead chalcogenide PbX monolayers (X = S, Se, Te)
二维（2D）材料的令人兴奋的特征之一是通过应变工程实现的电子和光学可调谐性。在此之前，我们发现了一类具有可调自旋轨道性质的2D铁电Rashba半导体PbX（X = S，Se，Te）。在这项工作中，基于我们以前的紧束缚（TB）的结果，我们推导出一个有效的低能量哈密顿对称点周围的应变对PbX的电子性质的影响。我们发现，应变诱导的规范场移动Rashba点和修改Rashba参数。这种效应相当于面内磁场的应用。面外应变，这是成比例的电极化的强度，也被证明修改Rashba参数。总的来说，我们的理论将铁电Rashba材料中的应变和自旋分裂联系起来，这对于理解在实际应用中会发生的局部Rashba参数的应变诱导变化非常重要。
2018-06-28 cond-mat.mtrl-sci
Phase Transition of Two-Dimensional Ferroelectric and Paraelectric Ga2O3 Monolayer: A Density Functional Theory and Machine-Learning Study
Ga2O3是一种宽带隙半导体材料，在电子学和光电子学领域有着广泛的应用。采用自顶向下或自底向上的方法合成二维氧化镓，可以揭示出全新的异质结构和广阔的应用前景。本文利用密度泛函理论和新发展的机器学习高斯近似势，结合固体轻推弹性带计算，研究了三种低能稳定Ga2O3单层结构之间的相变.研究了原子直接跳跃和层间协调运动的动力学最小能量路径。低的相变势垒指示经由应变工程和外部电场的相变和取向的可行的可调谐性。使用新训练的机器学习势对热激活单原子跳跃进行大规模计算，揭示了不同畴的清晰成核和生长过程。研究结果为今后二维Ga2O3单层膜的实验合成和表征提供了有益的启示。
2021-05-27 cond-mat.mtrl-sci
Breathing ferroelectricity induced topological valley states in kagome niobium halide monolayers
本研究通过kp模型和第一性原理计算，揭示呼吸铁电性可调控铌卤化物单层的谷态，实现谷极化反转及拓扑非平凡谷态，为多功能器件提供平台。
2025-02-25 cond-mat.mtrl-sci
Ferroelectricity in strained Hf$_2$CF$_2$ monolayer
低维铁电体是一种极具应用价值的物理现象。在这里，从理论上研究了官能化的MXene Hf $_2$ CF $_2$单层，其在中等双轴压缩应变下表现出非极性到极性的转变。伴随着这种结构转变，发生金属-半导体转变。单侧氟层的面内位移导致偏振指向面外。这种铁电性是非常规的，类似于最近提出的层间滑动铁电性，但不完全相同。由于其特定的六瓣势能分布，可能的铁电开关路径和畴壁是不平凡的，这是通过金属顺电态介导的。在这个意义上，可以通过重塑铁电畴来操纵金属壁。
2021-11-16 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Prediction of two-dimensional ferromagnetic ferroelectric VOF$_2$ monolayer
目前，设计和寻找具有多种功能特性的材料是实现高性能电子器件的关键。在众多的候选材料中，二维多铁性材料在高密度非易失性存储器等高集成度磁电器件中具有巨大的应用潜力。在这里，我们预测一个二维材料VOF 2单层具有本征铁电和铁磁性能。VOF $_2$单分子膜在VO $X_2$（$X$：卤素）卤氧化物中具有最大的面内铁电极化（$332$ pC/m）。不同于其他VO $X_2$单层的磁性基态是反铁磁或非共线螺旋织构，VOF $_2$单层具有坚固的铁磁基态，这是罕见的，但非常可取的。我们的理论预测提供了一个很好的候选人和起点，进一步追求更多的二维多铁性材料的高性能磁电。
2020-10-01 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Prediction of intrinsic ferroelectricity and large piezoelectricity in monolayer arsenic chalcogenides
表现出自发电极化的强度的二维材料是功能材料的显著兴趣。然而，尽管理论上预测了许多二维极性材料，但实验证实的二维铁电体的数量仍然远远少于体铁电体。我们提供了强有力的证据表明，Pmn 2 $_1$相的砷硫属化物作为$_2$ X $_3$（X=S，Se，和Te），其中包括最近孤立的单层雌黄，是本征铁电体，并表现出很强的面内压电性。我们发现，计算的能量势垒集体扭转的电极化的强度或移动180 $^\circ$域壁是合理的，以前报道的铁电体相比。我们提出了一个高对称结构（Pmmn空间群）转变为铁电Pmn2 $_1$相的软B $_{2u}$声子模式。通过研究其他软模式的高对称性Pmmn结构，我们确定了几个未被发现的亚稳多晶型，包括极性相（与P2 $_1$空间群）具有相当大的压电性。
2020-10-30 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
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
Optical detection of the sliding ferroelectric switching in hBN with a WSe2 monolayer
本研究利用相邻WSe2单层通过光学手段检测hBN中的滑移铁电开关，实现了二维铁电体与半导体的动态耦合，为非破坏性局域光学探测及非易失性存储应用提供了新途径。
2024-12-17 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Fractional quantum ferroelectric control of spin-valley locking and valley Hall effects in altermagnetic monolayer Cr2S2
Jishou University（吉首大学）
研究单层Cr2S2中自旋-谷锁定和谷霍尔效应的分数量子铁电控制。通过第一性原理计算，利用复合对称操作实现二维FQFE-AM平台及可切换状态，实现极化可切换的自旋-谷锁定和极化控制的谷霍尔效应，为低功耗谷电子器件提供途径。
2026-07-17 cond-mat.mtrl-sci
Control of molecular orbital ordering using a van der Waals monolayer ferroelectric
本研究利用单层铁电材料SnTe的应变与铁电有序，通过STM调控铁电畴极化，实现了吸附酞菁分子的轨道有序电学切换，为分子磁性电学调控奠定基础。
2023-08-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Large in-plane negative piezoelectricity and giant nonlinear optical susceptibility in elementary ferroelectric monolayers
本研究通过计算发现畸变α-Bi单质铁电单层具有大的面内负压电性，其源于柱间滑动的屈曲铁电机制，且拉伸/压缩应变可分别调控其铁电翻转能垒与非线性光学响应，相关机制可推广至其他单质铁电单层。
2023-11-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Unraveling Shear Strain Induced Ferroelectric-to-Antiferroelectric Phase Transition and Accessing Intrinsic Antiferroelectricity in Two-dimensional NbOCl2
本文通过深度学习势分子动力学模拟揭示二维NbOCl2在剪切应变下出现室温稳定本征反铁电性，并实现低临界电场驱动的AFE-FE相变及电写光读的新型光电子逻辑器件。
2025-08-21 cond-mat.mtrl-sci
Ferroelectric driven exciton and trion modulation in monolayer MoSe2 and WSe2
在这项工作中，我们展示了如何域工程的锂可用于选择性掺杂单层MoSe 2和WSe 2，并证明这些铁电域可以显着增强或抑制光致发光（PL）与最显着的调制发生在两个域之间的异质结界面。利用微光致发光和拉曼系统获得了不同掺杂过渡金属二硫属化物（TMD）的空间分辨图像。由于来自衬底的剩余极化的结果，由于静电掺杂，畴反转的锂酸盐引起TMD的变化。此外，不同掺杂的TMD（n型MoSe 2和p型WSe 2）表现出相反的PL调制。不同的带相反电荷的域，获得了9倍的PL增强相同的单一MoSe 2片时，坚持积极的（P+）和消极的（P-）域。这种对铁电畴的急剧PL调制是由于材料导带或价带中不同的自由电子或空穴浓度引起的。此外，激子由于内建电场而在P+和P-畴之间的界面处快速解离。我们能够通过热释电效应使用温度来调节P+和P-域上的电荷，并在窄的温度范围内观察到快速PL猝灭，这说明所观察到的PL调制本质上是电子的。这种观察创造了利用直接带隙TMD 2D材料作为用于锂酸盐平台的有源光学部件的机会，使用锂酸盐衬底的域工程来创建可用于光电检测器或甚至片上电驱动光源的光学有源异质结构。
2019-02-15 cond-mat.mtrl-sci
Electron and hole doping of monolayer WSe2 induced by twisted ferroelectric hexagonal boron nitride
本研究发现折叠扭转 hBN 的铁电极化可在相邻单层 WSe2 中诱导局部 n/p 型掺杂，并以 WSe2 作为光学探针实现掺杂类型与密度的界面位置调控。
2023-12-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Ferroelectricity and ferromagnetism in VOI$_2$ monolayer: the role of Dzyaloshinskii-Moriya interaction
具有内禀铁磁性和铁电性的多铁性材料非常理想，但相当罕见，而大多数铁电磁体是反铁磁性的。最近的一项理论工作[Phys. Rev. B { \bf 99}，195434（2019）]预测，卤氧化物VO $X_2$（$X$：卤素）单层是二维多铁性的，违反了经验$d^0$规则。最有趣的是，成员VOI $_2$被预测表现出自发的铁磁性和铁电性。在本工作中，我们利用密度泛函理论和蒙特卡罗模拟对VOI $_2$单分子膜的结构和磁性进行了研究。具有强自旋轨道耦合的重元素碘的存在导致极性结构中有效的Dzyaloshinskiii-Moriya相互作用，这有利于短周期螺旋磁结构。另一个有趣的结果是，原位库仑相互作用可以强烈抑制极性畸变，从而导致铁磁金属态。因此，VOI 2单层是具有螺旋磁性的铁电绝缘体或铁磁金属，而不是铁磁铁电系统。我们的研究突出了Dzyaloshinskiii-Moriya相互作用的关键物理作用。
2020-10-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Giant enhancement of exciton radiative lifetime by ferroelectric polarization: The case of monolayer TiOCl$_2$
本研究通过第一性原理计算发现，单层铁电TiOCl2中自发极化通过内建电场削弱激子结合但结构畸变激活暗激子，使结合能减半而寿命增40倍，为铁电调控激子动力学提供新思路。
2023-05-26 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Exchange-mediated exciton splitting and linear dichroism in monolayer transition metal dichalcogenide induced by ferroelectric substrates
Stanford University（斯坦福大学）；SLAC National Accelerator Laboratory（SLAC国家加速器实验室）
通过第一性原理静电嵌入方法和大规模GW加Bethe-Salpeter方程计算，预测了铁电扭曲双层hBN衬底支撑的单层TMD中出现的新型激子，包括光学暗的电荷转移激子和具有线性光学二色性的准一维Wannier激子，并通过层间交换相互作用实现了约3 meV的谷简并激子分裂。
2026-06-03 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Robust Ferroelectricity in Monolayer Group-IV Monochalcogenides
当材料减薄到临界值以下时，铁电性通常会消失。利用第一性原理密度泛函理论和现代极化理论，研究了单分子层IV族单硫族化合物MX（M=Ge，Sn; X=S，Se）中独特的离子势非谐性引起的自发面内极化和铁电性.使用蒙特卡罗模拟与有效的哈密顿量提取的参数化的能量空间，我们显示这些材料表现出二维铁电相变，是由四阶朗道理论描述。我们还表明，这些材料的铁电性是强大的，相应的居里温度高于室温，使这些材料有希望实现超薄铁电器件的广泛兴趣。
2016-04-04 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.stat-mech
Thickness-dependent anisotropic Gilbert damping in heterostructures of ferromagnets and two-dimensional ferroelectric bismuth monolayer
本文利用第一性原理计算研究了 Bi/Fe 异质结，发现界面自旋轨道耦合显著增强了 Gilbert 阻尼，并揭示了由界面与 Fe 本征 SOC 竞争导致的非单调厚度依赖性各向异性 Gilbert 阻尼机制。
2024-09-25 cond-mat.mtrl-sci
Decoupled Strain Response of Ferroic Properties in Multiferroic VOCl2 Monolayer
二维磁电多铁性材料是一种具有良好应用前景的小型化逻辑和存储器件材料。在这里，我们探讨了应变工程的有效性，最近预测的2D反铁磁铁电，VOCl 2单层的性能调整。有趣的是，我们发现，磁有序和电极化的强度可以独立地调整使用沿不同的面内晶格矢量的单轴拉伸应变。沿晶格矢量b的4%的拉伸应变引起从具有面外磁化的反铁磁（AFM）基态到具有面内磁化的铁磁（FM）基态的转变。另一方面，沿晶格矢量a的张应变增强了自发电极化的强度，而不影响磁有序。单分子膜在拉伸应变下保持动态稳定，这进一步有助于提高铁磁性和铁电性的居里温度。这种应变可调的多铁性材料为下一代纳米电子器件带来了巨大的希望。
2021-02-15 cond-mat.mtrl-sci
Giant electro-optic and elasto-optic effects in ferroelectric NbOI$_{2}$
该研究通过第一性原理计算发现体相与单层铁电 NbOI$_2$ 具有巨大线性电光和弹光系数，且外延应变可通过极性光学模软化诱发铁电—顺电转变，从而进一步增强电光响应。
2024-08-08 cond-mat.mtrl-sci
Electron density modulation in monolayer $MoS_{2}$ along the phase transition of a relaxor ferroelectric substrate
本文研究了单层MoS2在弛豫铁电衬底SBN上的电子密度与光致发光调控，利用SBN相变弥散特性在30-90°C范围内实现连续可逆调谐，并观察到热滞现象，为二维材料温度响应型光电子应用提供了新平台。
2025-05-05 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Tuning exciton emission via ferroelectric polarization at a heterogeneous interface between a monolayer transition metal dichalcogenide and a perovskite oxide membrane
本研究通过双栅器件集成BTO薄膜与单层MoSe2，利用电压脉冲调控铁电极化，以激子光致发光探测掺杂水平，发现载流子布居敏感依赖极化，为高灵敏传感设备提供新途径。
2024-04-18 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Twist-induced Out-of-plane Ferroelectricity in Bilayer Hafnia
Institute of Materials Science and Engineering, Washington University in St. Louis（华盛顿大学圣路易斯分校材料科学与工程研究所）；Department of Mechanical Engineering and Material Science, Washington University in St. Louis（华盛顿大学圣路易斯分校机械工程和材料科学系）；Department of Physics and Astronomy, University of Nebraska, Lincoln（内布拉斯加大学林肯分校物理与天文学系）；Department of Physics, Washington University in St. Louis（华盛顿大学圣路易斯分校物理系）
研究通过第一性原理计算揭示双层1T-HfO2在扭折诱导下产生稳定的平面外极化，为原子层铁电器件集成提供新途径。
2026-03-25 cond-mat.mtrl-sci
Towards Non-Volatile Spin Orbit Devices: Deposition of Ferroelectric Hafnia on Monolayer Graphene/Co/HM Stacks
虽然技术上具有挑战性，但铁电薄膜与石墨烯自旋电子学的集成潜在地允许实现高效、电可调谐的非易失性存储器。在此，通过实施几种成核方法研究了直接在石墨烯（Gr）/Co/重金属（HM）外延堆叠上的铁电Hf $_{0.5}$ Zr $_{0.5}$ O $_2$（HZO）的原子层沉积（ALD）。通过使用Al $_2$ O $_3$层的原位方法，HZO显示出19.2 $μC/cm^2$的剩余极化（2 Pr）。用于成核的非原位、自然氧化的溅射Ta层产生具有10.81 $μC/cm^2$的2 Pr的膜，但是在堆叠上具有较低的矫顽场并且在随后的循环中持续切换。在ALD沉积之前和之后进行的磁滞测量显示出强的垂直磁各向异性（PMA），由于HZO沉积过程，在磁矫顽场中只有轻微的偏差，因此指向单层GR的良好保存。X射线衍射测量进一步证实，在堆叠中表现出的高质量界面保持不受铁电沉积和退火的影响。
2023-03-23 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Domain-Selective Enhancement of Second Harmonic Generation in Monolayer MoS$_2$ via Ferroelectricity-Controlled Photodoping
Universidad Autónoma de Madrid（马德里自治大学）；University of Southern Denmark（南丹麦大学）
本研究利用铁电性控制MoS₂/LiNbO₃界面的光掺杂，实现单层MoS₂中二次谐波产生的域选择性增强，提升SHG强度约70%，为非线性光子功能提供新调控手段。
2026-08-03 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Structural phase transition of two-dimensional monolayer SnTe from artificial neural network
随着机器学习在工程和科学中变得越来越重要，机器学习技术将不可避免地应用于材料的研究，特别是铁电材料中常见的结构相变。在这里，我们建立和训练一个人工神经网络，以准确地预测与原子位移相关的能量变化，并使用训练好的人工神经网络在蒙特卡罗模拟铁电材料，以调查其相变。我们将这种方法应用到二维单层SnTe，并表明它确实可以用来模拟的相变和预测的转变温度。人工神经网络，当被视为一个通用的数学结构，可以很容易地转移到其他铁电材料的调查时，训练数据产生的从头算方法。
2021-03-29 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
