Interface effects in ferroelectric PbTiO$_3$ ultrathin films on a paraelectric substrate
采用原子间相互作用势方法研究了沉积在SrTiOPDMATHABMM衬底上的PbTiOPDMATHABMM铁电薄膜的界面效应。我们发现，在薄膜/衬底界面的原子位移的相关性是至关重要的稳定的铁电状态的薄膜几个单位细胞厚。我们表明，最小膜厚度的外观的自发极化畴状态是不是铁电薄膜的本征性质，但依赖于顺电衬底的极化率。我们还观察到，基板显示出一个不寻常的振荡行为的诱导极化。
2006-03-15 cond-mat.mtrl-sci
Evolution of the neutron quasi-elastic scattering through the ferroelectric phase transition in 93%PbZn$_{1/3}$Nb$_{2/3}$O$_3$ - 7% PbTiO$_3$
本文研究了弛豫铁电体（1-x）PbZn $_{1/3}$ Nb $_{2/3}$ O $_{3}$ -xPbTiO $_{3}$（x=0.07）中的中子漫散射。第一个分量是严格弹性的，但在q空间中扩展，并且在600 K以下增长。对于（1-x）PbZn $_{1/3}$ Nb $_{2/3}$ O $_{3}$ - x PbTiO $_{3}$（x=0.07）弛豫铁电体，之前没有报道的第二组分是准弹性的，其线宽具有与通过布里渊光谱观察到的中心峰的宽度类似的温度依赖性。准弹性散射的磁化率的温度依赖性在铁电转变处具有最大值。
2008-05-19 cond-mat.mtrl-sci
Coexistence of antiferrodistortive and ferroelectric distortions at the PbTiO$_3$ (001) surface
通过顺电（非极性）和铁电（[001]极化）薄膜的第一性原理计算，研究了（001）PbTiO $_3$表面的c（2 $\times$ 2）重构。近表面区域的原子位移的分析显示了表面如何修改反铁电畸变（AFD）不稳定性及其与铁电（FE）畸变的相互作用。表面的效果被发现是终止依赖。的AFD不稳定性被抑制在TiO $_2$终止，而它是强烈增强，相对于散装，在PbO终止导致的c（2 × 2）的表面重建，这是在极好的协议与实验。我们发现，相反，散装PbTiO $_3$，在PbO终端的面内铁电性不抑制AFD不稳定性。相反，AFD和面内FE失真在PbO终端处同时增强。这导致了一种新的表面相共存的FE和AFD的扭曲，这是没有发现在PbTiO $_3$散装。
2004-10-14 cond-mat.mtrl-sci
Zig-zag charged domain walls in ferroelectric PbTiO$_3$
我们报道了一个带电的180 $^\circ$畴壁的铁电PbTiO $_3$，补偿随机分布的不动电荷缺陷的理论研究。为此，我们利用原子壳模型模拟和连续相场模拟的框架内的金斯堡-朗道-德文郡模型。我们预测，畴壁形成一个锯齿形图案，我们讨论了它的性能在一个广泛的间隔补偿区域的宽度，范围从一对夫妇超过一百纳米。
2022-11-09 cond-mat.mtrl-sci
Toroidal ferroelectricity in PbTiO3 nanoparticles
我们报告从第一性原理为基础的原子模拟，铁电性可以持续在PbTiO 3纳米粒子的尺寸只有几个晶格常数作为一个结果的环形排序。我们发现，尺寸诱导的拓扑变换导致铁电泡的稳定通过沿一个封闭的路径排列的涡核。这些变换，这是由纳米结构的纵横比驱动，改变了极化场的拓扑结构，产生丰富多样的极性配置。对于足够平坦的纳米结构，多气泡状态桥接了0D纳米点和2D超薄膜之间的间隙。铁电泡的热性质表明这种状态适合于纳米器件的开发。
2011-03-02 cond-mat.mtrl-sci
Surface reconstruction and ferroelectricity in PbTiO$_3$ thin films
用原子间相互作用势方法研究了PbTiO $_3$薄膜的表面和铁电性质。我们发现，一个模型开发的散装描述适当的表面性质的PbTiO $_3$。特别是，antiferodistortive表面重建，最近观察到的X射线散射，正确地再现作为一个结果，在平衡的远程库仑和短程相互作用在表面上的变化。研究了表面重构对薄膜铁电性能的影响。在外加开路电边界条件下，该模型给出了4个单胞铁电性的临界厚度。形成反铁畸变重构的表面层参与铁电性。薄膜的四方性的降低导致具有非零面内偏振的相的稳定。发现了表面重构对面内偏振分布的特殊影响。
2005-03-21 cond-mat.mtrl-sci
Giant electrocaloric effect in the thin film relaxor ferroelectric 0.9 PbMg_(1/3)Nb_(2/3)O_3 - 0.1 PbTiO_3 near room temperature
我们最近在350 nm的溶胶-凝胶PbZr_（0.95）Ti_（0.05）O_3薄膜中观察到了巨大的电热效应（12 K，25 V）。本文报道了弛豫铁电体0.9PbMg_（1/3）Nb_（2/3）O_3 - 0.1PbTiO_3的260 nm溶胶-凝胶薄膜在居里温度60 ℃附近具有巨大的电热效应（5 K，25 V）。这种工作温度的降低拓宽了在新型冷却系统中的应用潜力。
2006-04-11 cond-mat.mtrl-sci
90-degree Ferroelectric Domains in PbTiO3: Experimental Observation and Molecular Dynamics Simulations
我们报告观察90度的铁电畴结构在透射电子显微镜（TEM）的外延生长的PbTiO 3薄膜。使用分子动力学（MD）模拟的基础上的第一性原理的有效哈密顿量的散装PbTiO 3，我们证实了这种域的发生，显示它只出现在冷却模拟（作为温度降低）的亚稳态和建立特性稳定的90度域结构的PbTiO 3。相比之下，这样的域不表现在类似的模拟钛酸钡。通过对PbTiO 3和BaTiO 3的详细的能量学分析和比较，我们发现90度畴结构仅在PbTiO 3中是能量上有利的，其稳定性的根源在于极化-应变耦合。我们的分析表明，它们可能会形成在钛酸钡由于特殊的边界条件和/或缺陷相关的不均匀性。
2012-02-17 cond-mat.mtrl-sci
Thermal conductivity of perovskite KTaO3 and PbTiO3 from first principles
压电钙钛矿的低热导率对于高功率换能器应用是一个挑战。报道了铁电PbTiO $_3$和立方近铁电钙钛矿KTaO $_3$热导率的第一性原理计算。计算得到的PbTiO $_3$的导热系数远低于KTaO $_3$的导热系数，与实验结果一致。分析结果表明，PbTiO $_3$的低热导率是由于与极性模相关的低频光学声子的存在。这些在PbTiO $_3$中色散较小，导致大的三声子散射相空间。这两种材料之间的这些差异与PbTiO $_3$的$A$ -位驱动的铁电性相关，而KTaO $_3$的$B$ -位驱动的近铁电性相反.的电活性材料的热导率的修改的上下文中的结果进行了讨论。
2018-09-11 cond-mat.mtrl-sci
Phase-field modeling and electronic structural analysis of flexoelectric effect at 180° domain walls in ferroelectric PbTiO3
挠曲电效应是应变、极化及其梯度之间的耦合，在纳米尺度上表现得尤为突出。虽然这种效应对于理解纳米结构（如铁电体中的畴壁）很重要，但其电子机制尚不清楚。本文采用相场模拟和第一性原理计算相结合的方法研究了四元铁电体PbTiO_3中180°畴壁，发现Néel分量的最终来源是自发极化平方的梯度.电子结构分析表明，在畴壁周围存在电荷密度和电势的重新分布，从而产生电场和Néel分量。这一工作揭示了四方铁电体中180°畴壁附近弯电效应的电子机制。
2017-09-20 cond-mat.mtrl-sci
Ferroelectric Properties and Topological Polar Textures of PbTiO$_3$ from a Second-Principles Open-Source Interatomic Potential
本文提出一种开源全原子第二性原理原子间势，用于准确模拟PbTiO3的畴壁动力学和拓扑纹理形成，为大规模高精度铁电材料模拟提供高效框架。
2025-06-10 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
Ferroelectric PbTiO$_{3}$/SrRuO$_{3}$ superlattices with broken inversion symmetry
采用超薄SrRuO $_{3}$层制备了PbTiO $_{3}$ /SrRuO $_{3}$超晶格。由于超晶格的几何形状，样品在其电阻率中显示出大的各向异性，这可以通过改变PbTiO $_{3}$层的厚度来控制。因此，沿着铁电方向，SrRuO $_{3}$层可以充当介电元件，而不是金属元件。我们发现，通过减少PbTiO $_{3}$的浓度，由于成分反转对称性破缺的极化不对称性的影响越来越重要。这些结果是有意义的，因为它们代表了一类新的铁电超晶格，具有丰富而复杂的相图。通过扩展我们的材料组，我们能够引入新的行为，这些行为只有在其中一种材料不是钙钛矿钛酸盐时才会发生。在这里，组成反转对称性破缺双色超晶格，由于超晶格内的A和B位离子的组合变化，证明使用实验测量和第一性原理密度泛函理论的组合。
2012-07-04 cond-mat.mtrl-sci
Absence of high pressure ground state re-entrant ferroelectricity in PbTiO$_3$
本研究结合DFT计算与金刚石对顶砧实验，探究经典钙钛矿铁电体PbTiO₃的高压铁电性，明确铁电消失源于区界不稳定性，并发现约70 GPa下稳定的新型中心对称后钙钛矿相，修正了此前的相关认知。
2024-10-31 cond-mat.mtrl-sci
Structure and dielectric response in the high $T_c$ ferroelectric Bi(Zn,Ti)O$_3$-PbTiO$_3$ solid solutions
采用理论计算和实验研究相结合的方法，对\em Bi（Zn，Ti）O $_3$ -（1- $x$）PbTiO $_3$（BZT-PT）固溶体进行了研究.我们发现Zn 4 $p$和O 2 $p$轨道之间的杂化允许形成短的、共价的Zn-O键，使得A位和B位位移之间的有利耦合成为可能。这导致大的极化、强的四方性和升高的铁电到顺电相变温度。在90 $^\circ$畴界附近的局部结构中的不均匀性可以从中子和X射线衍射谱中的不对称峰加宽中推断出来。这些非本征效应使得铁电-顺电相变在BZT-PT固溶体中扩散。
2006-04-10 cond-mat.mtrl-sci
Finite-Temperature Atomic Structure of 180^o Ferroelectric Domain Walls in PbTiO3
本文利用准简谐晶格动力学方法计算了PbTiO_3中180 °畴壁的有限温度结构。我们得到了从0 K到室温的畴壁原子结构的温度依赖性。我们还发现，在室温下，Pb中心和Ti中心的180^o畴壁都较厚，T=300K时的畴壁厚度约为T=0K时的3倍。我们的计算表明，Ti为中心的畴壁具有较低的自由能比Pb为中心的畴壁，因此更有可能在有限的温度下看到。
2010-04-26 cond-mat.mtrl-sci
Monodomain to polydomain transition in ferroelectric PbTiO3 thin films with La0.67Sr0.3MnO3 electrodes
在La_（0.67）Sr_（0.33）MnO_3外延电极上生长的一系列钙钛矿c轴取向PbTiO_3薄膜中，研究了铁电薄膜的有限尺寸效应。薄膜厚度范围从480下至28 A（7个单元电池）。使用高分辨率X射线衍射测量研究的膜的四方性C/A的演变，示出了首先随着膜厚度的减小而减小的C/A，随后在小厚度处恢复C/A。这种恢复是伴随着从一个单域到多域配置的极化的变化，直接证明了由piezoresponse原子力显微镜测量。
2006-11-15 cond-mat.mtrl-sci
Controlling ferroelectric hysteresis offsets in PbTiO$_{3}$ based superlattices
铁电材料具有多极化方向的简并基态。在铁电电容器中，这应该表现为同样有利的上下极化状态。然而，在铁电薄膜和超晶格器件中很少观察到这种理想的行为，这些器件通常表现出有利于一种极化状态而不是另一种极化状态的内置偏压。通常这种极化不对称性可以归因于电极。在这项研究中，我们研究偏置PbTiO $_3$基铁电超晶格，这不是由于电极，而是在生长过程中形成的界面处的缺陷的性质。使用实验和第一性原理模拟相结合，我们能够解释所观察到的内置偏置的符号及其随组成的演变。我们的见解使我们能够通过控制超晶格的成分和周期性来设计零内置偏置的器件。
2020-11-11 cond-mat.mtrl-sci
Coupling between ferroelectric distortions and excitonic properties in PbTiO$_3$
École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL)（洛桑联邦理工学院）；CINECA National Supercomputing Center（CINECA国家超级计算中心）；University of Vienna（维也纳大学）
研究通过结合G_0W_0和Bethe-Salpeter方程计算，揭示了PbTiO$_3$中铁电畸变对激子性质和光学吸收光谱的影响。
2025-12-01 cond-mat.mtrl-sci
Direct observation of monoclinic polar nanoregions in the relaxor ferroelectric Pb(Yb$_{1/2}$Nb$_{1/2}$)O$_{3}$-PbTiO$_{3}$
弛豫铁电体应用于电子设备，如致动器和声纳。具有单斜结构的形态相界（MPB）因其在PbTiO $_{3}$和弛豫铁电体（Pb（Mg $_{1/3}$，Nb $_{2/3}$）O $_{3}$或Pb（Zn $_{1/3}$，Nb $_{1/3}$）O $_{3}$）的固溶体中的高压电性和机电耦合因子而已知。然而，与表现出介电分散体的弛豫性质的极性纳米尺寸域（极性纳米区域）相关的单斜结构尚未报道。利用透射电子显微镜和同步辐射X射线散射，我们提出了共存的单斜结构和极性纳米区域附近的MPB在Pb（Yb $_{1/2}$ Nb $_{1/2}$）O $_{3}$ -PbTiO $_{3}$。该材料中的极性纳米区是随机成形的，不同于典型弛豫体Pb（Mg $_{1/3}$，Nb $_{1/3}$）O $_{3}$ $_{1/3}$的铁电纳米畴.此外，原位观察表明，随着温度的降低，单斜极性纳米区域的增长。对分布函数分析揭示了在极性纳米区域中的单斜Pm和Cm结构的混合物，而没有其他Pb基弛豫固溶体的菱面体结构。由于弛豫性质（极性纳米区）和高压电性（单斜结构）共存的特殊性质，这种材料有望成为理解弛豫铁电性的新平台。
2022-07-13 cond-mat.mtrl-sci
Deconvolution of phonon scattering by ferroelectric domain walls and point defects in a PbTiO3 thin film deposited in a composition-spread geometry
我们提出了一个详细的分析的温度依赖性的铁电PbTiO 3薄膜的热导率沉积在一个组合物蔓延的几何形状，使一个连续的范围内的组合物从~25%的缺钛到~20%的富钛进行研究。通过拟合德拜模型的实验结果，我们去卷积和量化的两个主要的声子散射源的系统：铁电畴壁（DW）和点缺陷。研究结果表明，铁电性双金属是该体系中限制热导率的主要因素，不仅在薄膜的化学计量比范围内（[Pb]/[Ti]~1），而且在阳离子点缺陷浓度较大（约15%）时也是如此。因此，铁电材料中的DW是至少与点缺陷一样有效的声子散射源。我们的研究结果表明，使用可重构DW控制在固态器件的热导率的可行性和有效性。
2021-04-29 cond-mat.mtrl-sci
Effect of strain and oxygen vacancies on the structure of 180^o ferroelectric domain walls in PbTiO_3
本文研究了法向应变、切向应变和氧空位对PbTiO_3中180 °铁电畴壁结构的影响。已知氧空位移动到畴壁并钉扎它们。因此，我们假设在PbTiO_3中的Pb中心和Ti中心畴壁上的氧空位都是周期性排列的。我们使用一个半解析的非谐晶格静力学方法获得松弛配置使用壳势。在最近的从头计算的协议，我们观察到，铅为中心的畴壁与氧空位是不稳定的，即使在应变。我们对PbTiO_3的半解析计算表明，氧空位对180 °畴壁的结构有显著影响，但对畴壁的厚度影响不大，它使畴壁加宽了约50%。我们还研究了正应变和剪应变对180 °畴壁的影响。我们观察到，正常和剪切应变影响的结构，但不改变畴壁厚度。
2010-01-13 cond-mat.mtrl-sci
Dielectric properties of relaxor-ferroelectric ceramic and single crystal Pb(In$_{1/2}$Nb$_{1/2}$)O$_{3}$-Pb(Mg$_{1/3}$Nb$_{2/3}$)O$_{3}$-PbTiO$_{3}$ at cryogenic temperatures
我们利用介电常数测量研究了Pb（In $_{1/2}$ Nb $_{1/2}$）O $_{3}$ -Pb（Mg $_{1/3}$ Nb $_{2/3}$）O $_{3}$ -PbTiO $_{3}$的低温行为。我们比较了单晶片在[001]和[111]方向上测量与相同组成的多晶陶瓷。极化晶体的行为非常不同的非极化晶体，而陶瓷的介电谱变化很小的极化。在100 K附近极化的[001]晶体中观察到的大的频率依赖性介电弛豫在[111]晶体中不太突出，并且在陶瓷中不发生。弛豫铁电晶体的低温动力学与材料的制备条件和微观结构有关。
2018-02-16 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
Interplay of couplings between antiferrodistortive, ferroelectric, and strain degrees of freedom in monodomain PbTiO$_{3}$/SrTiO$_{3}$ superlattices
本文报道了单畴（PbTiO $_{3}$）$_{n}$ /（SrTiO $_{3}$）$_{n}$超晶格中外延应变、极化和氧八面体旋转之间耦合的第一性原理计算。我们展示了如何（i）的外延应变和（ii）的静电条件之间的相互作用，可以用来控制系统的主轴方向。在界面处的静电约束有利于极化的旋转，因此，我们预测在外延应变小于那些将需要考虑应变效应的大的压电响应。此外，铁电（FE）和反铁畸变（AFD）模式是强耦合的。由于FE-AFD耦合产生的能量增益随着超晶格的周期性而减小，对于$n \ge 3$来说可以忽略不计。
2011-11-18 cond-mat.mtrl-sci
Mapping the complex evolution of ferroelastic/ferroelectric domain patterns in epitaxially strained PbTiO3 heterostructures
该研究利用多种显微与衍射手段表征 PbTiO3/DyScO3 异质结构，揭示各向异性应变导致的不对称畴排列及其随膜厚由通量闭合相向 a/c 相和超畴的演化，并发现其偏离 Kittel 定律。
2024-01-29 cond-mat.mtrl-sci
Ab initio study of ferroelectric domain walls in PbTiO3
利用第一性原理超软赝势方法研究了钙钛矿型铁电化合物PbTiO 3中180度和90度畴界的原子结构。对于每种情况下，我们已经计算出的位置，厚度和创建的磁畴壁的能量，并估计其运动的势垒高度已获得。我们发现这两种畴壁是非常狭窄的一个类似的宽度的一至两个晶格常数的顺序。计算出90度畴壁的能量为35 mJ/m^2，比180度畴壁的能量低4倍左右，而且只有一个极小的运动势垒，我们发现了一个令人惊讶的特征，即在90度畴壁上的静电势有0.15-0.2 eV的小偏移。
2001-09-14 cond-mat.mtrl-sci
Effect of External Normal and Parallel Electric Fields on 180^o Ferroelectric Domain Walls in PbTiO_3
我们在PbTiO 3中施加平行于180 °铁电畴壁和垂直于180 °铁电畴壁的均匀电场，并使用非简谐晶格静力学方法获得平衡结构。除了钛为中心和铅为中心的完美畴壁，我们还考虑了钛为中心的畴壁与氧空位。我们观察到电场可以显著增加畴壁的厚度。我们还观察到，增加电场的大小，我们达到一个临界电场E^c;当E > E^c时，没有局部平衡组态。因此，E^c可以被认为是畴壁运动的阈值场E_h的估计。计算结果表明，氧空位使E^c值减小.由于缺陷畴壁比完美畴壁厚，这一结果与最近的实验观察和连续计算结果一致，即较厚的畴壁具有较低的阈值场。
2010-12-24 cond-mat.mtrl-sci
Atomic Structure of Steps on 180^o Ferroelectric Domain Walls in PbTiO_3
用非简谐晶格静力学方法计算了PbTiO_3中180 °铁电畴壁台阶的平衡结构。我们考虑三种不同类型的步骤：i）将以Ti为中心的DW连接到以Ti为中心的DW的Ti-Ti步骤，（ii）将以Pb为中心的DW连接到以Pb为中心的DW的Pb-Pb步骤，以及（iii）将以Pb为中心的DW连接到以Ti为中心的DW的Pb-Ti步骤。我们表明，由于这些步骤原子扭曲扩大DW，但本地化，即，它们被限制在具有几个晶格间距的尺寸的区域。我们看到，一个台阶局部加厚畴壁;有缺陷的畴壁比完美的畴壁厚两到三倍，这取决于台阶的类型。我们还观察到，步骤扭曲的偏振分布在一个混合的布洛赫-内尔样的方式，偏振旋转出附近的步骤畴壁平面。计算结果表明Pb-Pb台阶具有最低的静态能。
2010-12-22 cond-mat.mtrl-sci
Existence of Large Room Temperature Ferroelectricity in Chemical Solution Grown PbTiO3 Buffered (BiFeO3)1-x-(PbTiO3)x Films on Pt/Si Substrates
本文报道了组分x = 0.25，0.30和0.35的PbTiO_3缓冲多晶（BiFeO_3）_{1-x}（PbTiO_3）_x薄膜在准同型相界附近存在大的剩余极化和介电常数。该膜通过化学溶液沉积法沉积在镀铂硅衬底上。薄膜具有钙钛矿结构，在PbTiO_3含量高于体相时仍保持菱方晶系结构。我们观察到非常大的剩余极化，~75 microC/cm^2，和高介电常数，~2400在1 kHz x = 0.3，这是在MPB组成范围内。对于相同的成分，未缓冲的膜显示出小于1微C/cm ^2。
2008-04-10 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Hexagonal close-packed polar-skyrmion lattice in ultrathin ferroelectric PbTiO3 films
本研究通过相场模拟构建超薄铁电PbTiO₃薄膜的温度-电场相图，揭示了六方密堆积极性斯格明子晶格的相变机制与稳定条件，验证了其晶格常数随厚度变化符合Kittel定律，为拓扑极性织构相关新型凝聚物相研发提供了基础。
2023-05-07 cond-mat.mtrl-sci
Monoclinic phase in the relaxor-based piezo-/ ferroelectric Pb(Mg$_{1/3}$Nb$_{2/3})O_3$-PbTiO$_3$ system
用高分辨同步辐射X射线衍射方法在0.65 Pb（Mg）$_{1/3}$ Nb $_{2/3})O_3$-0.35 PbTiO $_3$中发现了空间群为$Cm$（$M_A$型）的铁电单斜相。它出现在室温下的单晶预先极化下施加的电场为43 kV/cm沿伪立方[001]方向，在该区域的相图中的准同型相界之间的菱面体（R3 m）和四面体（P4 mm）相。单斜相具有晶格参数a = 5.692 A，b = 5.679 A，c = 4.050 A和$β$ = $90.15^{\circ}$，其中b $_m$ -轴沿着伪立方[110]方向取向。它与PbZr $_{1-x}$ Ti $_x$ O $_3$中观察到的单斜相类似，但与最近在Pb（Zn $_{1/3}$ Nb $_{2/3})O_3$ -PbTiO $_3$中发现的空间群为$Pm$（$M_C$型）的单斜相不同。
2001-12-21 cond-mat.mtrl-sci
Structural Changes and Ferroelectric Properties of BiFeO<sub>3</sub>-PbTiO<sub>3</sub> Thin Films Grown via a Chemical Multilayer Deposition Method
采用化学溶液沉积法在Pt/Si衬底上制备了（1-x）BiFeO<sub>3</sub>-xPbTiO<sub>3</sub>（BF-xPT）薄膜（x ~ 0.60）。这些多层沉积的前体膜在氮气中在700°C下退火时显示出纯钙钛矿相形成。与BF：PT：：40：60的总摩尔组成的平衡四元结构相反，我们发现MA型的单斜结构的BF-xPT相。<sub></sub>压电力显微镜证实了铁电开关的薄膜，并揭示了不同的正常和横向域分布的样品。室温电性能测试表明，铁电材料具有良好的电滞回线，其回复极化强度Pr高达18 μC/cm<sup>2</sup>，漏电流低至10<sup>- 7A</sup>/cm<sup>2</sup>。
2010-06-24 cond-mat.mtrl-sci
Evidence of field induced inter-ferroelectric transformation as the dominant driving mechanism for anomalous piezoresponse in the morphotropic phase boundary piezoelectric system PbTiO3-BiScO3
本文用原位电场相关的高能同步X射线衍射研究了压电陶瓷中与高压电响应有关的贡献机制。对高性能压电合金（1-x）PbTiO 3-（x）BiScO 3的两种邻近组合物的电场诱导的晶格应变和非180 °畴切换倾向的比较研究揭示，一种在准同型相界（MPB）区域内，表现出425 pC/N的d33，另一种刚好在MPB区域外，表现出260 pC/N的d33，尽管MPB试样表现出相当高的压电响应，但与非MPB试样相比，其晶格应变和畴转换倾向相当小。这些新的实验观察相矛盾的普遍持有的观点，即异常的压电响应MPB基压电体出现由于增强的倾向域切换。我们的研究结果表明，占主导地位的机制有助于异常的压电响应是场致干涉电转变。
2015-08-24 cond-mat.mtrl-sci
Vortex states in a PbTiO$_3$ ferroelectric cylinder
本文通过相场模拟和解析计算，研究了铁电PbTiO$_3$纳米圆柱体中由弹性和静电相互作用竞争产生的极化涡旋态，发现涡旋核心取向可通过几何参数和温度调控。
2022-10-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Origin of the large phonon band-gap in SrTiO3 and the vibrational signatures of ferroelectricity in ATiO3 perovskite: First principles lattice dynamics and inelastic neutron scattering of PbTiO3, BaTiO3 and SrTiO3
我们报告的第一性原理密度泛函微扰理论计算和非弹性中子散射测量的声子态密度，色散关系和机电响应的PbTiO 3，BaTiO 3和SrTiO 3。量子顺电SrTiO_3的声子态密度与铁电PbTiO_3和BaTiO_3的声子态密度基本不同，具有70-90 meV的声子带隙。PbTiO 3的声子色散和机电响应表现出巨大的各向异性。共价键和铁电性的相互作用强烈地调制了机电响应，并在声子谱中产生了壮观的签名。计算的电荷密度已被用来研究这些钙钛矿的键合。铁电相和顺电相的独特键合特性产生了壮观的振动特征。虽然ATiO 3钙钛矿中的大声子带隙似乎是量子顺电体的特征，但声子谱的各向异性与铁电强度很好地相关。声子谱和铁电性之间的这些相关性，可以指导未来的努力，在定制设计更有效的压电应用。这些结果表明，振动光谱可以帮助设计新材料。
2008-03-12 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
High-frequency electron paramagnetic resonance investigation of the Fe3+ impurity center in polycrystalline PbTiO3 in its ferroelectric phase
利用高频电子顺磁共振（EPR）谱研究了多晶钛酸铅中的本征Fe（III）杂质中心，以确定局域环境敏感的精细结构参数D.在190 GHz的光谱仪频率下，粉末样品的光谱分析是明确可行的。如果Fe 3+离子在钙钛矿ABO 3晶格的B位取代Ti 4+形成直接配位的铁-氧空位缺陷缔合，则可以合理化观察到的平均值D = +35.28 GHz。多频数据的一致拟合需要使用方差约为1 GHz的D值分布。这种数值的统计分布可能与更远的缺陷和空位有关。
2004-11-08 cond-mat.mtrl-sci
Double Helix of atomic displacements in Ferroelectric PbTiO$_3$
针对PbTiO$_3$应变薄膜中“偶极螺旋”结构的未明特性，通过密度泛函理论发现手性非共线铁电双螺旋结构，揭示其稳定性机制与巨压电响应、多谷电子拓扑功能，为复杂手性序设计提供物理途径。
2025-08-20 cond-mat.mtrl-sci
Ferroelectricity driven magnetism at domain walls in LaAlO$_3$/PbTiO$_3$ superlattices
除了在某些多铁性材料中，电荷偶极矩和自旋矩很少在单相体材料中共存。尽管在过去的十年里取得了很大的进展，但大多数多铁性材料的磁电性能仍然很差，这是由于电荷偶极子和自旋矩之间的内在排斥。作为一种替代方法，氧化物异质结构可以避开块体材料的本征限制，并提供更有吸引力的潜力来实现磁电功能。本文对LaAlO $_3$ /PbTiO $_3$超晶格进行了第一性原理研究。虽然这两种组分都不是磁性的，但磁矩出现在这些超晶格中的PbTiO $_3$的铁电畴壁处。这种铁电畴和局域磁矩之间的扭曲，不仅表现出一种有趣的多铁性，而且可能有助于纳米异质结构中磁性的电控制。
2015-08-12 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Strain game revisited for complex oxide thin-films: Substrate-film thermal expansion mismatch in PbTiO$_3$
材料性质，特别是钙钛矿氧化物的性质，对外延应变的敏感性已经被利用，以极大地有利于创造具有新的或增强的性质的材料。虽然已经肯定地认识到，体材料和衬底材料的热膨胀系数的失配将有助于失配应变，但是这种贡献对于铁电钙钛矿薄膜的意义尚未被系统地探索。我们利用第一性原理密度泛函理论，以PbTiO $_3$铁电薄膜为例，说明了忽略衬底的热膨胀（即，假设膜的面内晶格参数作为温度的函数保持大致恒定）导致铁电转变温度和结构趋势，这与热计算完全不同，适当地考虑了膨胀失配。我们的工作表明，一个失配应变定义为一个单一的数字的概念是特别不明确的PbTiO $_3$和邀请进一步研究之间的相互作用的热膨胀失配和结构和功能特性在其他薄膜材料。
2020-09-07 cond-mat.mtrl-sci
Ab initio statistical mechanics of the ferroelectric phase transition in PbTiO3
通过使用局域化的、对称化的“晶格Wannier函数”基组，从第一性原理密度泛函理论总能量和线性响应计算中构造了PbTiO 3铁电相变的有效哈密顿量。极格Wannier函数的显式参数化用于子空间投影，解决LO-TO分裂和耦合到互补子空间的问题。与铁电BaTiO 3和KNbO 3相比，我们发现Pb原子在晶格不稳定性中的显著参与。对该哈密顿量的蒙特卡罗模拟表明，在660 K时存在一级π-四π跃迁。由此得到的自发极化、c/a比和相变附近的晶胞体积随温度的变化关系与实验结果符合得很好。蒙特卡罗结果与平均场论分析的比较表明，应变和涨落都是产生这种转变的一阶特征所必需的。
1996-08-01 cond-mat.mtrl-sci mtrl-th
Anomalous domain periodicity observed in ferroelectric PbTiO3 nanodots with 180o stripe domains
PbTiO 3基纳米点和纳米管由于其在非易失性存储器和多功能器件中的潜在应用而受到广泛关注。关于铁电薄膜中180 °条纹畴的尺寸效应，已有大量关于厚度依赖的畴周期性的报道。所有这些研究表明，根据经典的Landau-Lifshitz-Kittel（LLK）标度定律，180 °条纹畴的畴周期性与膜厚度（d）成比例，直到约2nm的厚度。然而，在PbTiO 3纳米点的情况下，我们获得了一个非常惊人的相关性，即对于小于某个临界值dc（~35 nm）的厚度，畴宽度甚至随着纳米点厚度的减小而增加，这令人惊讶地表明LLK标度律指数为负值。直流电的理论考虑的基础上，我们属性的非铁电表面层的存在下，除了铁电纳米点的有限的横向尺寸效应，这种异常的域周期性。
2013-01-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Effect of thermal annealing on dielectric and ferroelectric properties of aerosol-deposited $0.65\text{Pb}(\text{Mg}_{1/3}\text{Nb}_{2/3})\text{O}_{3}-0.35\text{PbTiO}_{3}$ thick films
本文研究500 °C热退火对气溶胶沉积PMN-PT厚膜铁电与介电性能的影响，通过PUND和阻抗谱结合Rayleigh分析发现退火使极化开关与非开关贡献分别提高1.6倍和2.33倍，畴壁介电贡献提高11倍，表明退火通过增加畴壁密度增强铁电行为。
2023-10-27 cond-mat.mtrl-sci
First-principles studies of the local structure and relaxor behavior of Pb(Mg$_{1/3}$Nb$_{2/3}$)O$_3$-PbTiO$_3$-derived ferroelectric perovskite solid solutions
研究了过渡金属掺杂对0.75 Pb（Mg $_{1/3}$ Nb $_{2/3}$）O $_3$-0.25 PbTiO $_3$弛豫铁电体局域结构的影响。我们发现，这些掺杂剂引起非常不同的局部结构和其他物理性质。例如，当Mg被Cu或Zn部分取代时，Cu或Zn的位移远大于Mg的位移，甚至与Nb的位移相当。这些系统的极化也增加，特别是对于Cu掺杂的溶液，由于大的极化率的Cu和Zn。结果，预测的最大介电常数温度（$T_m$）增加。另一方面，用Mo或Tc替换Ti原子显著地降低了阳离子的位移和极化，因此，$T_m$值也显著降低。较高的$T_m$不能用基于阳离子离子半径的传统论点来解释。此外，我们发现，Cu，Mo，或Tc掺杂增加阳离子位移无序。还讨论了掺杂剂对温度色散$ΔT_m$的影响，即不同频率下$T_m$的变化。我们的研究结果奠定了基础，为进一步调查未开发的掺杂剂。
2017-11-29 cond-mat.mtrl-sci
Effect of epitaxial strain on the spontaneous polarization of thin film ferroelectrics
利用第一性原理计算研究了BaTiO $_3$、PbTiO $_3$、LiNbO $_3$和BiFeO $_3$的自发铁电极化随外延应变的变化。我们发现，虽然在简单的钙钛矿系统BaTiO $_3$和PbTiO $_3$中极化的应变依赖性非常强，但在LiNbO $_3$和BiFeO $_3$中仅弱。我们表明，这种不同的行为可以理解纯粹的压电和弹性常数的无应变的散装材料，我们讨论了几个因素，确定某种材料的应变行为。
2005-07-31 cond-mat.mtrl-sci
Temperature-dependent dielectric and piezoelectric response of ferroelectrics from first principles
基于第一性原理的有效哈密顿量的基础上，用于计算的介电和压电响应的温度依赖性的方法进行说明。结果提出的铁电钙钛矿PbTiO 3。虽然该方法只包括软模式的贡献的响应，它被认为是一个很好的描述的发散或近发散的响应函数附近的ε-tetraxylase过渡。的响应函数的表达式中的关联函数是用来提供一个真实的空间解释的响应，明确区分PbTiO 3和相关材料钛酸钡和KNbO 3。
1998-04-06 cond-mat.mtrl-sci
First-principles accurate total-energy surfaces for polar structural distortions of BaTiO3, PbTiO3, and SrTiO3: consequences to structural transition temperatures
在基于第一性原理密度泛函理论的计算中，交换相关能泛函的具体形式，例如局域密度近似（LDA）和广义梯度近似（GGA），产生具有-2%和2%的典型误差的结构晶格参数。由于铁电相变的序参量--结构与极化之间的强耦合，导致对铁电相变温度特性的估计存在较大误差。在这里，我们采用了最近开发的GGA功能的吴和科恩[物理评论B 73，235116（2006）]和确定总能量表面的带中心扭曲的钛酸钡，钛酸铅，钛酸锶，并将它们与计算的基础上标准LDA和GGA。说明吴和科恩功能允许更好地估计在0 K的结构特性，我们确定了一组新的参数定义的有效哈密顿BaTiO 3的铁电转变。使用新的一组参数，我们进行分子动力学（MD）模拟下的有效压力p=0.0 GPa，p=-2.0 GPa，和p=-0.005T GPa。在p=-0.005TGPa下的模拟表明，铁电四元相的立方相到四方相的转变温度和c/a参数有明显的改善，而在较低温度下向正交相和菱形相转变的描述略有改善。我们的研究结果预示着很好的使用Wu-Cohen功能在纳米尺度的铁电体的研究，特别是在外延膜的形式，其中的性能取决于至关重要的晶格失配。
2010-09-15 cond-mat.mtrl-sci
The nature of an enhanced ferroelectric phase transition temperature in perovskite-based solid solutions
解释了BiMeO $_3$-PbTiO $_3$（Me = Sc，In等）固溶体中端元以外的铁电相变温度$T_c$增强现象。与非线性和空间相关效应有关。解释是基于$T_c$的计算在我们的随机场理论的框架内，在上述物质的非线性效应的额外帐户。我们发现，当非线性系数为正值时，对于一定的PbTiO $_3$含量，$T_c$的最大值发生，该系数的值是从理论和实验之间的最佳拟合中找到的。该非线性系数是理论中唯一可调的参数。我们发现，增强积极的非线性系数大大提高了$T_c$最大值超过其端部成员。该理论不仅为计算上述固溶体的$T_c$奠定了基础，而且为计算PbTiO $_3$含量、温度、电场和其他外部参数对几乎任何平衡和/或非平衡热力学特性如静态和动态介电常数、比热等的影响奠定了基础。
2004-07-22 cond-mat.mtrl-sci
Lattice instabilities of PbZrO3/PbTiO3 [1:1] superlattices from first principles
本文对PbZrO_3/PbTiO_3 [1：1]超晶格的（001）、（110）和（111）非极性参考结构进行了从头算声子计算。在四方晶系（001）和（110）结构中，不稳定的极性模被限制在Ti或Zr中心层中，并表现出双模行为，而在立方晶系（111）结构中观察到单模行为。在所有三种结构中都观察到纯氧性质的不稳定性。对铁电行为和相关性质的影响进行了讨论。
2002-01-31 cond-mat.mtrl-sci
Phase evolution and thermal stability of high Curie temperature BiScO$_3$-PbTiO$_3$-Pb(Cd${1/3}$Nb$_{2/3}$)O$_3$ ceramics near MPB
具有高居里温度的压电和铁电陶瓷由于其在恶劣环境下的应用而受到越来越多的关注。本文研究了（0.975-x）BiScO_（3-x）PbTiO_（3 - 0.025）Pb（Cd_（1/3）Nb_（2/3））O_3（x = 0.58-0.64）陶瓷的相结构、介电、铁电和压电性能。随着PT浓度的增加，发生了由菱面体相到四方体相的结构转变。讨论了体系结构与电性能的关系。在准同型相界（x = 0.62）附近的BS-xPT-PCN体系表现出优异的压电和铁电性能，d33 = 508 pC/N，kp = 56%，Pr = 40 uC/cm 2。用原位XRD对MPB（x = 0.62）掺杂样品的高温压电性进行了表征。BS-xPT-PCN体系具有良好的热稳定性和压电性能，是一种很有前途的高温压电材料。
2019-08-28 cond-mat.mtrl-sci
Berezinskii-Kosterlitz-Thouless phases in ultra-thin PbTiO$_3$/SrTiO$_3$ superlattices
利用第二原理模拟方法研究了（PbTiO $_3$）$_3$ /（SrTiO $_3$）$_3$超晶格中Berezinskii-Kosterlitz无晶（BKT）相的出现.超过$ε= 0.25 \%$的阈值拉伸外延应变，超晶格内的局部偶极矩被限制在膜平面内，因此极化可以有效地被认为是二维的。的偶极-偶极相关的距离的衰减的分析，连同作为温度的函数的缺陷的密度和其分布的研究，支持的BKT相的存在在介导的有序的铁电体（在低$T$稳定）的温度范围内，和无序的顺电相，出现超过临界温度$T_{\rm BKT}$。这个BKT阶段的特点是准长程序（其签名是幂律衰减的相关性与距离），并出现紧密结合的涡旋-反涡旋对，其密度是由热激活过程。所提出的PbTiO $_{3}$ /SrTiO $_{3}$超晶格模型和所施加的力学边界条件在实验上都是可行的，为首次在铁电材料中观察这些新的拓扑相打开了大门。
2022-07-20 cond-mat.mtrl-sci
Oxygen vacancy formation energies in PbTiO$_3$/SrTiO$_3$ superlattice
使用第一性原理密度泛函理论计算确定了由SrTiO $_3$和PbTiO $_3$（STO/PTO）组成的原型钙钛矿氧化物超晶格中的缺陷稳定性。具体地，确定并比较具有四个STO原子层和四个PTO层（4STO/4PTO）的超晶格的顺电相和铁电相中的氧空位形成能E $_v$。电荷状态，八面体旋转，极化，和界面上的E $_v$的影响进行了研究。超晶格的形成能随层而变化，铁电相的E $_v$高于顺电相。在这些氧化物超晶格中构造的两个界面在顺电系统中是对称等效的，在铁电超晶格中表现出非常不同的形成能，并且可以看出这是由铁电和旋转模式的耦合驱动的。在等效晶格位置，带电空位的E $_v$一般低于中性空位。FE超晶格中的八面体旋转（a $^0$ a $^0$ c $^-$）对E $_v$具有显著影响，增加了位于界面附近的空位的形成能，但降低了位于STO和PTO组成部分的块状区域中的氧空位的形成能。不同层之间的形成能的变化被发现主要是由在每个层的局部弛豫的差异。这些对钙钛矿超晶格中缺陷稳定性的基本见解可以用于通过控制超晶格的组成材料和界面工程来调节缺陷性质。
2018-05-29 cond-mat.mtrl-sci
Multiferroic interfaces composed of d0 perovskites oxides
我们采用传统的密度泛函理论和先进的密度泛函理论HSE 06研究了KTaO 3/PbTiO 3界面的电子、铁电和磁性。我们发现，掺杂的价带中的空穴或导带中的电子引起的界面处的铁磁性。铁磁态是空穴掺杂（p型）和电子掺杂（n型）界面的基态，与它们相应的铁磁态和反铁磁态相比。载流子（空穴或电子）集中在界面附近以屏蔽极化电荷，因此载流子浓度随铁电极化而变化。此外，界面磁化，这是几乎成正比的载流子浓度，可以通过铁电极化反转调谐，导致在原来的KTaO 3和PbTiO 3的界面强的本征磁电效应。有趣的是，通过外加电场调谐的铁磁-铁磁转变可以在p型界面处实现。这表明了一种具有启发性的方法，超越传统的单相多铁性和多相多铁性，如铁电/铁磁异质结构的多铁性材料。KTaO_3/PbTiO_3界面在未来的多铁性器件中有着广阔的应用前景。
2014-07-03 cond-mat.mtrl-sci
Epitaxially strained [001]-(PbTiO$_3$)$_1$(PbZrO$_3$)$_1$ superlattice and PbTiO$_3$ from first principles
从第一性原理出发，研究了立方衬底上[001]-（PbTiO $_3$）$_1$（PbZrO $_3$）$_1$超晶格和纯PbTiO $_3$的层间异质结构和外延应变对晶格不稳定性和相关铁电性能的影响.超晶格的结果表明，相对于纯PbTiO $_3$的单斜r-相的稳定性的增强。密度泛函微扰理论计算的松弛中心对称参考结构的晶格不稳定性的分析表明，这是由于存在两个不稳定的区域中心模式，一个局限于PbTiO $_3$层和一个在PbZrO $_3$层，分别产生平面和正常分量的偏振。零温度的介电响应的计算和示出的增强不仅在相边界附近，但在整个r-相。纯PbTiO $_3$的类似计算的分析与这种解释是一致的，并提出了有用的方法来设计人工结构的钙钛矿氧化物的介电性能。
2003-12-02 cond-mat.mtrl-sci
