Ferroelectric metals in van der Waals bilayers
提出一种基于范德华相互作用、由非极性金属单层构建二维铁电金属的通用方案，并通过FeSe和H-MnTe2的第一性原理计算验证层间滑动极化反转及多铁性。
2024-04-06 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
Interface effects at a half-metal/ferroelectric junction
采用从头算方法研究了Heusler Co $_2$ MnSi和BaTiO $_3$两种半金属和铁电原型材料界面的磁电效应。对于Co-终止铁电性的发展在钛酸钡$_3$下降到纳米厚度，而对于锰硅-终止顺电和铁电状态大力竞争，要求一个完整的实验控制的结原子配置时，需要一个铁电屏障。开关的电极化在很大程度上影响磁性Co $_2$ MnSi，由于在MnSi终端的电子杂化和在Co-终端的结构效应的磁电耦合。半金属丰度在界面处丢失，但在次表层已经恢复。
2007-07-11 cond-mat.mtrl-sci
Metallic ferroelectricity induced by anisotropic unscreened coulomb interaction in LiOsO3
作为第一个有据可查的铁电金属例子，LiOsO 3最近受到了广泛的研究关注。使用密度泛函计算，我们进行了系统的研究LiOsO 3。讨论了势面双阱深度的争议，提出铁电相变是有序-无序的。此外，我们毫不含糊地表明，在这个化合物的电屏蔽是高度各向异性的，仍然有未屏蔽的偶极-偶极相互作用在一个特殊的方向，导致在长程铁电秩序，尽管金属性质的LiOsO 3。
2014-10-27 cond-mat.mtrl-sci
Meta-screening and permanence of polar distortion in metallized ferroelectrics
铁电材料的特征在于自发极性畸变。在自由电荷的存在下，这种扭曲的行为是金属化铁电体物理学的关键，更一般地说，是结构极性金属的关键。使用第一性原理模拟，在这里，我们表明，极性失真抵抗金属化和随之而来的抑制长程偶极相互作用的绝大多数样品的11个代表性的铁电体。我们确定了一个元屏蔽效应，发生在掺杂的化合物作为与静电屏蔽相关的电荷重排的结果，作为决定非中心对称相的生存的主要因素。我们的研究结果大大推进了我们对结构极性金属本质的理解，并提供了场效应电荷注入或接近导电器件元件时铁电体行为的指导方针。
2018-02-21 cond-mat.mtrl-sci
Metal-Ferroelectric-Metal structures with Schottky contacts: II. Analysis of the experimental current-voltage and capacitance-voltage characteristics of Pb(Zr,Ti)O3 thin films
采用改进的金属-半导体接触模型分析了金属-铁电-金属结构的电容-电压和电流-电压特性。铁电极化被认为是一张表面电荷位于一个固定的距离界面。假定的高浓度的结构缺陷作为积极的电陷阱考虑到通过引入深受体类水平。该模型被施加在一组金属PZT-金属样品具有不同的Zr/Ti比，通过不同的方法沉积，并具有不同的厚度，电极材料，和电极面积。估算了自由载流子浓度、耗尽区固定电荷密度、极化电荷与物理界面的距离、势垒。
2005-08-24 cond-mat.mtrl-sci
Realization of A Strong Ferroelectric Metal by Nb-doping in Strained EuTiO$_{3}$
铁电金属由于同时具有金属性和铁电性这两种看似不相容的物理性质而备受关注。一个重要的问题，无论是基础研究和潜在的应用是如何实现一个强大的FE金属。一种策略是将强FE绝缘体掺杂到FE金属中，条件是所诱导的自由电子不破坏FE失真。应变EuTiO $_{3}$薄膜是一种强铁磁材料，是一种很有前途的候选材料。在这里，我们使用混合密度泛函理论计算Nb掺杂应变EuTiO $_{3}$薄膜的结构，电子和极化特性。结果表明，应变EuTi $_{0.875}$ Nb $_{0.125}$ O $_{3}$薄膜是一种强FE金属，因为Nb掺杂诱导了金属性而没有削弱FE畸变。讨论了金属性和强铁电性共存的原子机制。研究结果表明，掺杂和应变工程相结合是一种很有前途的方式来实现新的EuTiO $_{3}$基强FE金属，并可能用于其他材料以及。
2022-03-20 cond-mat.mtrl-sci
Prediction of a native ferroelectric metal
金属支持铁电性的可能性是一个悬而未决的问题。Anderson和Blount表明，某些马氏体相变涉及反转对称性破缺和极轴的形式存在，因此“金属铁电”行为已被要求用于经历中心对称（CS）到非CS结构转变（Cd2ReO7，LiOsO3）或天然非CS（SrCaRu2O）的金属，或用于铁电绝缘体，其极性畸变幸存于由掺杂或邻近引起的适度金属性。然而，这些系统，也没有任何其他我们的知识，体现了一个真正的铁电金属与原生可切换的极化和原生金属共存于一个单一的阶段。在这里，我们报告了有史以来第一次对这种材料的理论预测。通过第一性原理计算，我们发现层状钙钛矿结构的Bi_5Ti_5O_（17）在费米能级处具有非零态密度，具有类金属的导电性，并且在零场下具有自发极化.此外，我们预测，Bi5Ti5O17的极化是可切换的原则上，作为材料符合足够的对称性要求，并在实践中，作为Bi5Ti5O17可以维持沿极性方向的相当大的电位降，需要通过施加电偏压来恢复其极化。
2015-11-30 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
Molecular engineering of metal-free perovskite MDABCO-NH4I3 towards enhanced ferroelectric polarization
分子铁电体由于具有机械柔性、化学多样性、环境友好性、易加工性和重量轻等优点，在过去的十年中引起了人们越来越多的关注。分子铁电体的性能越来越接近无机铁电体。尽管分子阳离子或阴离子的化学多样性和可调谐性，分子铁电体并不丰富。特别是，新的发现或性能优化的物理指导的设计原则仍然缺乏。本文通过第一性原理计算，揭示了极性阳离子的分子偶极矩在分子钙钛矿铁电体中的重要性，并提出了一种分子偶极矩指导的高性能分子铁电体设计准则。最后，通过第一性原理计算验证了该规则的正确性。这一规律对于寻找新型高性能的分子铁电材料具有重要的指导意义。
2022-06-22 cond-mat.mtrl-sci
Ferroelectric Control of Metal-Insulator Transition
我们提出了一种基于第一性原理计算的控制一种钙钛矿材料在其与另一种铁电材料的界面处的金属-绝缘体转变的方法。其工作原理是通过铁电极化调整氧八面体的旋转，可以调制这种钙钛矿中的超交换相互作用。我们设计了一种三色超晶格（BiFeO $_3$）$_N$/LaNiO $_3$ /LaTiO $_3$，其中BiFeO $_3$层是铁电层，LaNiO $_3$层是电子结构要被调谐的层，LaTiO $_3$层被插入以增强反转不对称性。通过反转该结构中的铁电极化，由于Ni $e_g$轨道的晶场分裂和Ni面内$e_g$轨道的带宽的改变，存在LaNiO $_3$层的金属-绝缘体转变。人们期望通过设计界面结构来实现更多材料的金属相变。
2015-12-30 cond-mat.mtrl-sci
Coupled magnetic-ferroelectric metal-insulator transitions in epitaxially-strained SrCoO$_{3}$ from first principles
采用第一性原理计算了钙钛矿结构SrCoO $_{3}$的外延应变相图。通过结合大的自旋-声子耦合与极化-应变耦合和带隙耦合到极性畸变，拉伸和压缩外延应变被认为是驱动体铁磁-金属（FM-M）相反铁磁-绝缘-铁电（AFM-I-FE）相，后者具有异常低的弹性能。在这些耦合的磁性-铁电金属-绝缘体相边界处，预期对所施加的电场和磁场以及应力的交叉响应。特别地，施加到AFM相的磁场或压缩单轴应力可以诱导绝缘体-金属转变，并且施加到FM-M相的电场可以诱导金属-绝缘体转变。
2011-04-14 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
Influences of spin-orbit coupling on Fermi surfaces and Dirac cones in ferroelectric-like polar metals
基于第一性原理计算和k .p有效模型，报道了具有P63 mc对称性的类铁电六方极性金属的物理性质，这些性质与具有空间反转对称性的常规金属不同.极性金属（如三元LiGaGe和元素极性金属Bi）的费米面上存在自旋织构，六重转动轴上的偶然狄拉克锥上存在自旋-动量锁定，这是由于自旋-轨道耦合和极性空间群中缺乏反转对称性造成的。这种效应在自旋轨道电子学中有潜在的应用。在LiGaGe中也预测了狄拉克点。
2019-02-25 cond-mat.mtrl-sci
Ferroelectric metal-oxide-semiconductor capacitors using ultrathin single crystalline SrZrxTi1-xO3
多功能氧化物在半导体上的外延生长已经开辟了将新功能引入半导体器件技术的途径。特别是，集成在半导体上的铁电材料可能会导致低功率场效应器件，可用于逻辑和存储器。铁电金属氧化物半导体（MOS）电容器的发展是实现这种场效应器件的关键，其中铁电栅极的极化耦合到半导体沟道的表面电势。在这里，我们表明，铁电MOS电容器可以实现使用单晶SrZrxTi 1-xO 3（x = 0.7），已外延生长在Ge上。我们发现，SrZrxTi 1-xO 3的铁电性能是非常强大的，作为栅极层薄至5 nm对应的等效氧化物厚度仅为1.0 nm表现出一个~ 2 V的滞后窗口的电容-电压特性。具有纳米栅厚度的铁电MOS电容器的发展为纳米电子器件开辟了新的前景。
2017-03-01 cond-mat.mtrl-sci
Short-circuit boundary conditions in ferroelectric PbTiO$_3$ thin films
研究了短路电边界条件在铁电薄膜密度泛函理论计算中的应用。模型PbTiO $_3$膜与Pt电极，我们表明，在周期性的超电池的边界条件下，电极的短路条件是等效满足两个重复的平板几何形状：一个PbTiO $_3$ /金属超晶格几何形状和周期性的金属/PbTiO $_3$ /金属/真空几何形状，其中的金属是Pt或SrRuO $_3$。我们讨论了每种几何结构在研究薄膜铁电性中的好处。
2006-05-24 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
Interplay of metallicity, ferroelectricity and layer charges in SmNiO$_3$/BaTiO$_3$ superlattices
本文利用密度泛函理论证明SmNiO$_3$金属电极的形式层电荷能显著影响BaTiO$_3$的铁电极化，发现铁电临界厚度为零，并构建静电模型揭示金属屏蔽长度对极化稳定性的关键作用，为控制铁电性质提供了新途径。
2024-11-15 cond-mat.mtrl-sci
Ferroelectric and Photovoltaic Properties of Transition Metal doped Pb(Zr0.14Ti0.56Ni0.30)O3-delta Thin Films
我们报道了近单相Pb（Zr0.14Ti0.56Ni0.30）O_3-delta（PZTNi_（30））铁电体，具有大的反射极化（15-30 μC/cm ~ 2）、0.3-0.4 V开路电压（VOC）、减小的带隙（直接3.4 eV和间接2.9 eV）、大的开/关光电流比和快的衰减时间。在没有栅偏压的情况下，获得了相当好的光电流密度（1-5 μA/cm ~ 2），而栅偏压随着偏置场的增大而显著增大。铁电极化决定了VOC的极性和短路电流（ISC）的方向，朝着实现对可见光敏感的非中心对称铁电材料前进了一步。
2014-03-03 cond-mat.mtrl-sci
Polar metals as electrodes to suppress the critical-thickness limit in ferroelectric nanocapacitors
增强用于存储器装置和逻辑的纳米级铁电（FE）场效应晶体管和FE电容器的性能依赖于使金属电极/铁电区域结晶化并减小绝缘体的厚度。尽管尺寸减小改善了数据保持、提供了较低的电压阈值切换并增加了面密度，但它们也降低了功能性电极化的强度。存在一个临界纳米长度$t_\mathrm{FE}^*$，低于该长度，由于去极化场效应，极化消失。在这里，我们将展示如何克服施加在铁电性的临界厚度限制，利用电极形成的一类新的材料称为极性金属。对对称极性金属电极/FE电容器结构的电子结构计算表明，当电极中的极轴分量垂直于电极/绝缘体界面时，电极化的强度可以用$t_\mathrm{FE}^*\rightarrow0$持续到亚纳米尺度。我们的研究结果揭示了界面偶极相干性在维持极化中的重要性，这为基于原子尺度结构的功能设计提供了一个平台，这些功能在减小的维度中恶化。
2017-07-21 cond-mat.mtrl-sci
The atlas of ferroicity in two dimensional MGeX3 family: room-temperature ferromagnetic half metals and unexpected ferroelectricity and ferroelasticity
二维铁磁和铁电材料因其自发对称性破缺所带来的新颖性质和广泛的应用前景而受到人们的广泛关注。本文采用高通量的第一性原理计算，系统地研究了一个大家族（148个）的二维MGeX 3（M =金属元素，X = O/S/Se/Te），并着重研究了它们可能的铁磁性、铁电性和铁弹性.我们发现了8个稳定的二维铁磁体，包括5个半导体和3个半金属，21个二维反铁磁体，和11个稳定的二维铁电半导体，包括两个多铁性材料。特别是，MnGeSe 3和MnGeTe 3被预测为室温二维铁磁半金属，Tc分别为490和308 K。这可能是第一次在二维MGeX 3族中发现了铁电性，其来源于Ge-Ge原子对的意外位移引起的自发对称性破缺，并且发现电极化的强度与X和M原子的电负性比成正比，IVB族金属元素是二维铁电性的最佳选择.磁隧道结和水分解光催化剂的基础上的2D铁性MGeX 3提出了广泛的潜在应用的例子。二维MGeX 3材料的铁性图谱将激发实验研究的极大兴趣，并将导致不同的应用。
2021-04-02 cond-mat.mtrl-sci
Probing ferroelectricity in highly conducting materials through their elastic response: persistence of ferroelectricity in metallic BaTiO3-d
铁电性（FE）是否可以与金属或高导电状态共存的问题，或者更确切地说，它必须被自由电荷的屏蔽所抑制，是理论研究数量迅速增加的焦点，并最终得到积极的实验响应。这个问题与FE材料的热电和多铁性（也是磁性）应用密切相关，其中需要导电性或虚假导电性。在这些情况下，用于探测铁电性的传统方法受到自由电荷的阻碍或变得完全无效，自由电荷屏蔽对外部电场的极性响应。这一事实可以解释为什么从FE金属的第一个提议到目前的实验和理论活动之间经过了40多年。测量的弹性模量，杨氏模量在本情况下，相对于温度是一种有效的方法，用于研究掺杂对FE转变的影响，因为弹性性能不受电导率。在这种方式中，它示出的FE转换BaTiO 3-d不抑制通过O空位的电子掺杂，只有起始温度被压低，但软化的幅度，因此的压电活性，最初甚至增加。
2019-01-29 cond-mat.mtrl-sci
Pressure-induced metal-insulator transition in oxygen-deficient LiNbO$_3$-type ferroelectrics
流体静压和氧空位通常对铁电材料具有有害影响，因为两者都倾向于降低它们的极化。在这项工作中，我们使用第一性原理计算研究一类重要的铁电材料-LiNbO $_3$型铁电体（LiNbO $_3$为原型），并发现，在缺氧LiNbO $_{3-δ}$，静水压力诱导一个意想不到的金属-绝缘体之间的转变8和9 GPa。我们的计算还发现，强极性位移坚持在金属和绝缘缺氧铌酸锂$_{3-δ}$和极性位移的大小是原始铌酸锂$_3$在相同的压力下。这些性质不同于广泛使用的钙钛矿铁电氧化物BaTiO $_3$，其极化被流体静压力和/或氧空位快速抑制。在缺氧LiNbO $_{3-δ}$中的异常压力驱动的金属-绝缘体转变起因于氧空位缺陷态的变化。流体静压增加了缺氧LiNbO $_{3-δ}$的极性位移，这减小了缺陷态的带宽，并最终将其转变为带隙态。在绝缘阶段，在流体静压下，带隙内态被进一步推离导带边缘，这增加了基本带隙。我们的工作表明，对于LiNbO $_3$型强铁电体，氧空位和静水压力的组合可以导致新的现象和潜在的功能，在钙钛矿铁电氧化物，如钛酸钡$_3$发生的有害影响。
2021-11-01 cond-mat.mtrl-sci
Dynamical control of orbital occupations via a ferroelectric-induced polar state in metallic manganites
在过渡金属阳离子上轨道简并性的破坏以及由此产生的这些轨道的不平等电子占据提供了对金属氧化物中的电子密度和自旋有序的有力杠杆。在这里，我们展示了如何通过切换铁电极化来动态调制铁电/锰氧化物界面处的Mn原子上的轨道布居。轨道占有率的变化可达10%，大大超过了块状锰氧化物的轨道占有率。这种可翻转的轨道分裂在很大程度上是由铁电极性位移到界面区域的传播控制的，这是一种在本体中不存在的结构图案，并且是界面所特有的。我们使用{ \it ab initio}理论，外延薄膜生长，和扫描透射电子显微镜来验证预测的界面极性状态和伴随的轨道分裂。
2014-09-15 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
Band alignment at metal/ferroelectric interfaces: insights and artifacts from first principles
基于第一性原理理论的最新进展，我们建立了一个金属/铁电界面能带偏移的一般模型。我们表明，根据极化的薄膜，可能会发生一种病态的制度，金属载流子填充的能带的绝缘体，使其金属。由于密度泛函理论最常见的近似值受到绝缘体基本带隙的系统性低估的影响，这种情况很可能是模拟的伪像。我们提供了一些严格的标准，连同广泛的实际例子，系统地确定这个问题的情况下，在计算的铁电系统的电子和结构特性。我们讨论我们的研究结果的背景下，早期的文献研究，在这项工作中所描述的问题往往被忽视。我们还讨论了正式的类比在LaAlO 3/SrTiO 3接口的极性补偿的物理，并建议有前途的途径，为今后的研究。
2011-03-02 cond-mat.mtrl-sci
Ferroelectric metals in 1T/1T'-phase transition metal dichalcogenide MTe2 bilayers (M = Pt, Pd, and Ni)
本文构建了MTe2（M = Pt、Pd、Ni）π双层结构，证明其为铁电金属，揭示层间滑移可实现极化翻转、层间电荷转移是极化和金属性的共同来源，并发现电子掺杂可显著调控垂直极化。
2023-09-23 cond-mat.mtrl-sci
Discovery of Intrinsic Ferromagnetic Ferroelectricity in Transition Metal Halides Monolayer
在纳米结构中实现多铁性，结合大的电偶极子和铁磁有序，可能会导致新的应用，如高密度多态数据存储。虽然多铁性已经被广泛研究了几十年，铁磁性铁电性很少被探索，特别是在二维（2D）系统。在这里，我们报告发现的二维铁磁铁电性层状过渡金属卤化物系统。第一性原理计算的基础上，我们揭示了带电CrBr 3单层膜具有面内多铁性，这是由八面体Cr-Br 6单元的不对称Jahn-Teller畸变实现的轨道和电荷有序的组合所保证的.作为一个例子，我们进一步证明了（CrBr 3）2Li是一种铁磁铁电多铁性材料。在这个二维系统中探索的多铁性现象和机制不仅对多铁性的基础研究有用，而且在纳米器件中有着广泛的应用。
2018-02-25 cond-mat.mtrl-sci
More ferroelectrics discovered by switching spectroscopy piezoresponse force microscopy?
由开关谱-压电响应力显微镜（SS-PFM）获得的铁电材料的局部电滞回线通常被认为是铁电开关的典型特征。然而，在过去的几年中，在各种各样的非铁电材料中也观察到这样的电滞回线，这对SS-PFM中的局部电滞回线源于铁电性的观点提出了质疑。因此，研究SS-PFM测试中出现的局部磁滞回线的产生机理具有重要意义。本文提出，非铁电材料只要能在循环电场加载下表现出宏观D-E电滞回线，无论其内在物理机制是什么，在SS-PFM测试中也能表现出Maxwell力作用下的振幅蝶形回线和相位电滞回线。为了验证我们的观点，无论是宏观D-E和微观SS-PFM测试进行了钠钙玻璃和非铁电介质材料Ba 0.4Sr 0.6TiO 3。结果表明，这两种材料都具有D-E磁滞回线和SS-PFM相位磁滞回线，这很好地支持了我们的观点。
2014-10-08 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Organic ferroelectric Croconic Acid: A concise survey from bulk single crystals to thin films
有机铁电材料具有节能、环保等优点，是无机铁电材料的重要替代品。虽然第一个发现的铁电体，罗谢尔盐，是一种有机化合物的盐，有机铁电体并不像无机铁电体那样丰富。此外，迄今为止发现的有机系统中的小偏振值已经成为其应用的一个不利因素。然而，围绕这些材料的科学兴趣和活动，为了基本的理解和实际应用的目的，最近已经显着上升，特别是在发现克酮酸（4，5-二羟基-4-环戊烯-1，2，3-三酮，H2 C5 O 5）晶体中的超室温铁电性之后，其极化值与无机铁电体中发现的极化值相媲美。其大极化、有机性质和真空升华性使克酮酸成为无毒和无铅器件应用的理想候选物。在这篇评论文章中，我们调查的科学活动进行到目前为止，涉及铁电性在这种新型材料，同等重视其散装单晶和薄膜形式。在讨论铁电有序的起源和体材料中极化反转现象的同时，我们也总结了这种薄膜的应用方向。
2021-10-24 cond-mat.mtrl-sci
Raman phonons in the ferroelectric-like metal LiOsO$_3$
在金属LiOsO $_3$中观察到了新颖的类铁电结构转变[Y. Shi等人，Nat.板牙. 12，1024（2013）]，已经引起了许多理论和实验兴趣。在这项工作中，我们进行了偏振和温度依赖的拉曼散射测量高品质的单晶LiOsO $_3$和确定拉曼激活模式在中心对称相（300 K，R $\bar{3}$ c）和非中心对称相（10 K，R3 c）。在前一阶段只观察到四个声子峰，而在后一阶段由于晶体对称性的降低而观察到十二个声子峰。借助于仔细的对称性分析和第一性原理计算，我们可以对两个相位中观察到的拉曼模式进行系统的归属。在转变温度附近，观察到E $_g$模的线宽和拉曼频率随温度的连续变化，表明类铁电结构转变是一个连续的有序-无序转变.这一结果为铁电性和金属性共存提供了理论依据。
2017-03-08 cond-mat.mtrl-sci
Ab initio study of the ferroelectric strain dependence and 180$^\circ$ domain walls in the barium metal fluorides BaMgF$_4$ and BaZnF$_4$
我们研究了层状钙钛矿结构的氟化钡化合物BaMF $_4$（M=Mg，Zn）的铁电极化和铁电畴壁结构的应变依赖性。这些材料中不寻常的“几何铁电性”是由单极声子模式的软化驱动的，该模式由MF $_6$八面体的旋转伴随着Ba阳离子的极性位移组成，并且与传统的铁电性相反，涉及最小的电子再杂化。因此，我们预计不同的应变依赖性的极化，和替代畴壁结构相比，发现在传统的铁电材料。采用基于密度泛函理论（DFT）的第一性原理计算，在广义梯度近似（GGA）下，计算了压应变和拉应变下晶体结构和铁电极化的变化.我们执行结构弛豫的铁电极化的相反取向的方向之间的中性畴壁，并计算其相应的能量，以确定哪些是最有可能形成。我们将我们的结果与传统钙钛矿氧化物的文献值进行比较，以提供比较的来源，用于理解替代非氧化物材料如氟化钡的铁电性能。
2015-11-02 cond-mat.mtrl-sci
Promising ferroelectric metal EuAuBi with switchable giant shift current
本研究通过第一性原理计算发现拓扑半金属EuAuBi兼具巨大自发极化、适中切换势垒和低载流子浓度，并表现出巨大移位电流，提出基于移位电流测量的铁电金属验证方案。
2025-07-10 cond-mat.mtrl-sci
Parity-breaking in single-element phases: Ferroelectric-like elemental polar metals
基于二元和三元化合物的极性金属已在文献中得到证实。在这里，我们提出了一个设计原则的铁电类元素极性金属，并将其与实际材料。设计原则是，要成为元素极性金属，原子应该在具有极性空间群的晶体中占据至少两个不相等的Wyckoff位置，其中反转对称性自发破缺。根据这一规则，我们提出了第一类潜在的类铁电元素极性金属，具有扭曲的类α-La结构，极性空间群为P63 mc，其中两个不等价的Wyckoff位置2a（0，0，z）和2b（1/3，2/3，z）被V族元素（磷、砷、锑和铋）占据。基于第一性原理计算的分析表明，在P63/mmc对称性中，当两个不等价的Wyckoff位置2a（0，0，0）和2c（1/3，2/3，1/4）被占据时，非极性相位的孤对驱动极性畸变导致了动态稳定极性相位。这种类似铁电的转变涉及从金属态到半金属态的转变。这些预测的极性相相对于它们相应的接地相是亚稳态的。此外，由于V族原子间Wyckoff位置的不等价性，还发现了离子成键的特征。我们的工作开辟了一条通往单元素宇称破缺相的途径。
2022-05-14 cond-mat.mtrl-sci
Ionically-mediated electromechanical hysteresis in transition metal oxides
观察到顺电TiO_2和SrTiO_3的机电活性、回复极化状态和电滞回线。用扩展的Ginsburg Landau Devonshire（GLD）理论分析了这些材料中离子动力学和初始铁电性之间的耦合。机电耦合的可能来源，包括离子动力学，表面电荷引起的电致伸缩，和离子诱导的铁电性被确定。对于后者，离子的贡献可以改变一阶GLD膨胀系数的符号，使材料有效地铁电。这些研究为中心对称过渡金属氧化物的类铁电行为提供了可能的解释。
2012-05-07 cond-mat.mtrl-sci
Interplay between Ferroelectricity and Metallicity in BaTiO$_3$
本文通过第一性原理计算研究BaTiO₃中电子和空穴掺杂对铁电性的影响，揭示结构效应、电子效应和晶胞变化三因素之间的竞争平衡决定了铁电性随掺杂增强或减弱。
2021-04-01 cond-mat.mtrl-sci
Interplay between ferroelectricity and metallicity in hexagonal YMnO$_3$
本研究利用第一性原理密度泛函理论，揭示了多铁六方 h-YMnO$_3$ 中空穴与电子掺杂对极性畸变呈相反线性影响，并阐明了其非本征几何铁电性本质及原子替代的局部化学效应。
2024-06-03 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
Breaking the mutual exclusivity between metallicity and ferroelectricity in a non-polar covalent semiconductor via orbital selective doping
Beijing National Laboratory for Condensed Matter Physics, Institute of Physics, Chinese Academy of Sciences（中国科学院物理研究所凝聚态物理国家实验室）；Center for High Pressure Science, State Key Laboratory of Metastable Materials Science and Technology, Yanshan University（燕山大学亚稳材料科学与技术与国家重点实验室高压科学中心）；Beijing Lattice Semiconductor Co., Ltd.（北京晶格半导体有限公司）；Center for Nanochemistry, Beijing Science and Engineering Center for Nanocarbons, Beijing National Laboratory for Molecular Sciences, College of Chemistry and Molecular Engineering, Peking University（北京大学化学与分子工程学院纳米化学中心北京纳米碳科学与工程中心分子科学国家实验室）；Center for High Pressure Science and Technology Advanced Research（先进高压力科学与技术研究中心）；Institute of Electrical Engineering, Chinese Academy of Sciences（中国科学院电气技术研究所）；PowerEpi Semiconductor Co., Ltd.（动力外延半导体有限公司）；School of Physical Sciences, University of Chinese Academy of Sciences（中国科学院大学物理科学学院）
研究通过轨道选择性掺杂打破金属性与铁电性的互斥，在重氮掺杂的立方碳化硅中实现二者共存，开发出满足低功耗、高速要求的高性能铁电器件
2026-08-20 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
Polarity control of carrier injection at ferroelectric/metal interfaces for electrically switchable diode and photovoltaic effects
研究了Pt/BiFeO3/SrRuO3薄膜电容器的开关铁电二极管效应及其物理机制。我们的电测量结果支持，附近的Pt/BiFeO3界面生长的样品，有缺陷的层（可能是一个富氧空位层）成为形成和干扰载流子注入。因此，我们使用了一个电气培训过程，以获得铁电控制的二极管极性，通过改变极化方向，使用外部偏置，我们可以切换正向和反向二极管之间的传输特性。我们的系统的特点是与一个矩形的极化磁滞回线，我们证实了二极管的极性切换发生在铁电矫顽电压。此外，我们观察到的二极管的极性和相关的光伏响应依赖于铁电畴配置的同时切换。我们的详细研究表明，极化电荷可以影响铁电/金属界面处的肖特基势垒，导致界面载流子注入的调制。极化调制载流子注入的量可以影响空间电荷限制的体电流-电压（J-V）行为从欧姆（即，J~V）到非线性（即，J~V ^n，其中n为\geq 2）。体导电和极化调制载流子注入的这种组合解释了铁电电容器中可开关二极管效应的详细物理机制。
2011-08-16 cond-mat.mtrl-sci
Orbital Order Triggered Out-of-Plane Ferroelectricity in Magnetic Transition Metal di-halide Monolayers
本文通过第一性原理研究发现，磁性过渡金属二卤化物单层中d轨道空间序可打破反演对称性，诱导面外铁电极化，并伴随不对称Jahn-Teller畸变，提出了一类新的本征二维多铁性机制。
2025-01-05 cond-mat.mtrl-sci
Ferroelectricity and antiferroelectricity in the BaS-PbS system with the rocksalt structure
Lomonosov Moscow State University（莫斯科罗蒙诺索夫国立大学）
研究了BaS-PbS体系中多种结构的铁电不稳定性，用第一性原理计算发现其与TO声子不稳定性有关，除铁电相外还有反铁电相及混合相，能量接近暗示低温可能出现非遍历性。
2026-07-29 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
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
Elemental topological ferroelectrics and polar metals of few-layer materials
该研究通过堆叠工程设计褶皱蜂窝晶格的少层元素材料，预测 Bi 可形成元素拓扑铁电体及具非平庸边缘态的极性金属，并揭示 Ge、Sn 等体系的极性金属可能性。
2023-09-26 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Free carrier induced ferroelectricity in layered perovskites
用载流子掺杂铁电体通常不利于极化。这使得设计和发现经历类似铁电转变的金属具有挑战性。在这封信中，我们从第一原理表明，钙钛矿中的氧八面体旋转通常通过电子掺杂来增强，这可以作为一种手段来加强某些混合不适当铁电体中的结构极化-其中极化不稳定的化合物的长程库仑相互作用，而是通过三线性耦合引起的八面体旋转。我们使用这种设计策略来预测阳离子有序Ruddlesden-Popper化合物，可以通过电解质门控驱动到金属铁电相。
2021-05-19 cond-mat.mtrl-sci
Linear and nonlinear optical probe of the ferroelectric-like phase transition in a polar metal, LiOsO3
LiOsO 3是在最近的文献中被确定为“极性金属”的第一种材料之一，这是一类同时具有非中心对称性和金属性的材料。本文利用椭圆偏振法和光学二次谐波法研究了LiOsO_3的线性和非线性光学极化率。使用椭圆偏振光谱法观察到强的光学双折射。从二次谐波偏振仪提取的非线性光学极化率表明，张量分量是相同的幅度，在同构绝缘体铌酸锂，除了沿极轴的分量d33，这是抑制了一个数量级。变温二次谐波测量结合拉曼光谱表明在140 K存在连续的有序-无序极性相变。线性和非线性光学显微镜技术揭示109度/71度铁弹畴壁，像在其他三角铁电体。没有观察到180度极性畴壁出现在整个相变。
2018-09-15 cond-mat.mtrl-sci
`Ferroelectric' Metals Reexamined: Fundamental Mechanisms and Design Considerations for New Materials
最近在金属LiOsO $_3$中观察到的类铁电结构转变引起了人们对极性金属性质的兴趣。这种材料被认为是罕见的，因为自由电子屏蔽了长程静电力，而长程静电力有利于每个单元格中具有偶极矩的极性结构。在这项工作中，我们的问题是否长期的静电力始终是最重要的成分，在驱动极性失真。我们使用晶体化学模型，结合第一性原理密度泛函理论计算，探讨了LiOsO $_3$和绝缘和电子掺杂的ATIO $_3$钙钛矿（A = Ba，Sr，Ca）的反转对称性破缺机制.虽然静电力在驱动BaTiO $_3$的极性不稳定性（其在电子掺杂下被抑制）中确实起重要作用，但CaTiO $_3$和LiOsO $_3$的极性相通过由局部键合偏好驱动的机制出现，并且该机制对载流子的存在具有“抗性”。因此，我们的研究结果表明，金属丰度和极性扭曲之间没有根本的不相容性。我们使用从我们的计算中获得的见解，建议新的极性金属的设计原则和有前途的进一步研究的途径。
2015-11-24 cond-mat.mtrl-sci
Coexistence of polar distortion and metallicity in PbTi1-xNbxO3
铁电性与金属性不能共存，因为自由载流子会屏蔽偶极子内部的库仑相互作用。最近，一种被称为铁电金属的材料被重新审视。在这里，我们报告的金属性和极性失真共存的铁电金属PbTi 1-xNbxO 3通过掺杂工程的新候选人。通过压电响应力显微镜和扫描透射电子显微镜的测量，证实了在所有掺杂的PbTi_（1-x）Nb_xO_3（x从0.04到0.12）中的类铁电极性畸变。PbTi_（1-x）Nb_xO_3薄膜的导电性随掺杂浓度的增加而增强，当掺杂浓度达到0.12时，薄膜呈现金属化行为。我们的第一性原理计算进一步揭示了掺杂的Nb离子在薄膜中只能提供自由电子，但由于对Ti离子的偏心影响很小，即使在最大掺杂浓度为0.12时，也不能破坏单元电池中的偶极子。我们认为，这些结果证实了实现其他铁电体金属性和极性畸变共存的可行性，并激发了一些人工设计的性质甚至在自然界中不相容的新材料的合成。
2017-06-15 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
Al0.68Sc0.32N/SiC based metal-ferroelectric-semiconductor capacitors operating up to 1000 °C
本研究制备了Ni/Al0.68Sc0.32N/4H-SiC金属-铁电-半导体电容器，验证了其在1000℃下的稳定铁电特性，揭示了AlScN结合SiC衬底在高温非易失性存储中的应用潜力。
2025-03-19 cond-mat.mtrl-sci
Tuning of the depolarization field and nanodomain structure in ferroelectric thin films
铁电薄膜中金属-铁电界面的屏蔽效率对铁电薄膜的极化稳定性和功能特性起着决定性的作用。不完美的屏蔽导致强去极化场，其降低自发极化或驱动铁电畴的形成。我们证明，通过修改屏蔽在金属-铁电界面通过插入的介电间隔，去极化场的强度可以被调谐，从而用于控制纳米级域的形成。使用piezoresponse力显微镜，我们遵循的域配置的演变，以及作为去极化场强的函数的极化稳定性。
2015-07-30 cond-mat.mtrl-sci
Time-resolved PhotoEmission Spectroscopy on a Metal/Ferroelectric Heterostructure
在薄膜铁电电容器中，电极/铁电界面的化学和电子结构在决定极化转换动力学方面起着至关重要的作用。利用时间分辨光电子能谱研究了Pt/BaTiO 3/SrTiO 3：Nb电容器的电子结构。利用芯能级光电发射的化学、电子和深度敏感性，研究了上电极/铁电体界面不同部位对电压脉冲诱导极化反转的瞬态响应。电子结构的线性响应同意定量与一个简单的RC电路模型。极化开关引起的非线性响应由电极和铁电体的特征芯能级的时间分辨响应来证明。RC电路模型的调整允许Pt/BTO界面电容的第一估计。实验表明，界面电容是至少100倍以上的BTO膜的体电容，在定性与理论预测从文献。
2013-07-14 cond-mat.mtrl-sci
