Emergence of ferroelectric topological insulator as verified by quantum Hall effect of surface states in (Sn,Pb,In)Te films
本文通过In掺杂调控费米能级的铁电(Sn,Pb)Te薄膜磁输运实验，观测到自旋和能谷简并解除的量子霍尔态，证实铁电拓扑绝缘体存在，为拓扑物理及相关功能特性发展提供支撑。
2024-11-26 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Thermoelectric response of a ferroelectric insulator
National Institute for Materials Science（物质材料研究机构）；Okayama University（冈山大学）；Institute of Science Tokyo（东京科学大学）；Murata Manufacturing Co., Ltd.（村田制作所）；Tohoku University（东北大学）；The University of Tokyo（东京大学）
研究铁电绝缘体中由束缚电荷引起的热电效应，通过多谐波锁定热成像测量交流电场下的温度变化，发现其Peltier系数在相变附近超过100 V，远高于导体。
2026-06-26 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Enhanced thermal Hall effect in nearly ferroelectric insulators
在最近实验观察到绝缘$\mathrm{La_2CuO_4}$（LCO）和$\mathrm{SrTiO_3}$（STO）中意外大的霍尔热导率$κ_H$的背景下，我们从理论上探索了声学声子可以产生如此大的$κ_H$的条件。对$κ_H$的本征和非本征贡献都与介电常数$ε$和挠曲电耦合$F$成比例。虽然内在的贡献仍然是数量级小于所观察到的效果，一个外在的贡献成正比的声子平均自由程似乎可能占的意见，至少在STO。我们预测在某些绝缘钙钛矿中存在较大的本征$κ_H$。
2020-07-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
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
Ferroelectric Chirality-Driven Direction-Tunable and Spin-Invertible Corner States in 2D MOF-Based Magnetic Second-Order Topological Insulators
本文提出通过配体替换在二维MOF中引入铁电手性，首次实现磁性二阶拓扑绝缘体角态在实空间方向可调与自旋空间反转的协同操控。
2025-02-27 cond-mat.mes-hall 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
On-demand quantum spin Hall insulators controlled by two-dimensional ferroelectricity
二维原子晶体中铁电有序和拓扑有序的共存使得量子自旋霍尔态具有非易失性和可切换性。在这里，我们提供了一个一般的设计原则，二维双层异质结构，可以主机铁电性和非平凡的能带拓扑结构，同时使用拓扑平凡的积木。由跨异质结构的面外极化产生的内置电场使得能够鲁棒地控制带隙尺寸和带反转强度，这可以用于操纵拓扑相变。利用第一性原理计算，我们证明了一系列双层异质结构是二维铁电拓扑绝缘体（2DFETIs），其特征在于带拓扑和极化状态之间的直接耦合。我们提出了几种基于二维场效应晶体管的量子电子学，包括畴壁量子线路和拓扑忆阻器。
2021-05-02 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
Strain Induced Ferroelectric Topological Insulator
固体表面上不相容的性质的同时存在，往往为解决具有基本和实际重要性的问题提供了一个独特的机会。铁电有序和拓扑有序的共存就是这样一个例子。铁电体具有通过施加的电场可切换的自发宏观极化，通常是具有良好开发的宽带隙的半导体，只有少数例外。另一方面，时间反演对称的$Z_2$拓扑绝缘体（TI），其特征在于由本体的拓扑结构保护的稳健的金属表面状态，通常是窄隙半导体（$< 0.7$ eV），其允许由自旋-轨道相互作用诱导的带反转。铁电拓扑绝缘体（FETI）的结构与拓扑序的性质相互矛盾，至今仍是一个谜。在这里，我们报告的FET I可以实现在卤化物钙钛矿CsPbI $_3$应变。我们的第一性原理研究表明，一个非中心对称的铁电结构的CsPbI $_3$是积极的青睐下，在很宽的压力范围内，同时保持其拓扑秩序。所提出的场效应晶体管的特征在于可切换的极性表面与自旋动量锁定狄拉克锥，这使得电场控制的拓扑表面状态（TSS）和表面自旋电流。我们在一个可行的材料中的场效应晶体管的演示打开了大门，为未来的研究结合铁电和拓扑秩序，并提供了一个新的范例，在电子学，自旋电子学和量子信息的各种应用。
2015-08-23 cond-mat.mtrl-sci
Polarization Engineering of the Orbital Hall Conductivity in Two-dimensional Ferroelectric Higher-Order Topological Insulator Tl$_2$S and SnS
Shanghai University（上海大学）；Southern University of Science and Technology（南方科技大学）
研究揭示了二维铁电高阶拓扑绝缘体中极化方向对轨道传输行为的影响，通过极化控制实现轨道霍尔电导的调控，展示了极化在调控高阶拓扑和轨道传输中的关键作用。
2026-04-20 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
Twist-resilient and robust ferroelectric quantum spin Hall insulators driven by van der Waals interactions
量子自旋霍尔绝缘体（QSHI）已经被提出来为许多应用提供动力，其中许多应用依赖于打开和关闭非平凡拓扑的可能性。通常，这种控制通过应变或外部电场来实现，这需要维持能量消耗。相反，如果相反的极化状态与不同的拓扑相关联，则非挥发性机制将是非常有益的，并且可以通过铁电性来实现。虽然这在两个极化状态通过反转相关的单个铁电材料中是不可能的，但是可以通过将铁电层与另一个二维（2D）平凡绝缘体组合来引入必要的不对称性。在这里，通过第一性原理模拟，我们不仅提出，这是一个很有前途的战略，工程师的非易失性铁电控制的拓扑结构在2D异质结构，而且效果是强大的，可以生存到室温下，无论层之间的弱范德华耦合。我们通过考虑由众所周知的铁电材料In $_2$ Se $_3$和适当选择的容易剥离的平凡绝缘体CuI制成的异质结构来说明总体思路。在一个偏振态下，系统是平凡的，而当偏振反转时，它变成具有鲁棒带隙的QSHI。值得注意的是，拓扑带隙是由层间杂化介导的，并允许最大化层内自旋轨道耦合的效果，促进了一个强大的铁电拓扑相，它不可能存在于单层材料中，并且对层间的相对取向和晶格匹配有弹性。
2022-08-08 cond-mat.mtrl-sci
Full Control of Magnetism in Manganite Bilayer by Ferroelectric Polarization
由锰氧化物双层和铁电钙钛矿组成的氧化物异质结构被预测在切换铁电极化时会导致磁性的完全控制。通过在超晶格中使用非对称极性界面，在$n$型界面侧比在$p$型侧更多的电子占据Mn层。铁电极化可以增强或抑制这种电荷极化。量子模型和密度泛函理论计算得到了相同的结论：通过改变极化方向，可以实现总磁化强度变化最大的铁磁-亚铁磁相变$>90%$。此功能非常强大，通过电气方法不仅可以完全控制磁化强度的大小，还可以控制磁化方向。
2013-10-02 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
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
Depth profiling charge accumulation from a ferroelectric into a doped Mott insulator
功能特性的电场控制是基于氧化物的电子学中的关键目标。氧化物沟道中不同电阻率或磁性状态之间的非易失性切换可以通过来自相邻铁电体的电荷积累或耗尽来实现。然而，在铁电体和氧化物之间的界面附近的电荷分布的方式仍然知之甚少，这限制了我们对这种开关效应的理解。在这里，我们使用扫描透射电子显微镜与电子能量损失谱，近全反射硬X射线光电子能谱和从头算理论的第一种组合来解决这个问题。我们实现了一个直接的，定量的，原子尺度的表征的极化诱导的电荷密度的变化之间的界面的铁电体BiFeO 3和掺杂的莫特绝缘体Ca 1-xCexMnO 3，从而提供洞察如何界面工程可以提高这些开关效果。
2017-08-30 cond-mat.mtrl-sci
Pure momentum-shift bulk photovoltaic effect in ferroelectric flat-band Mott insulators
针对传统位移电流光伏效应解释难以适用于平带系统的问题，研究提出将位移电流分解为实空间与动量空间分量的自洽方法，理论发现平带莫特绝缘体Nb₃X₈中存在纯动量空间位移电流，为探索新型体光伏效应提供新方向。
2025-02-24 cond-mat.mtrl-sci
Altermagnetic ferroelectric LiFe2F6 and spin-triplet excitonic insulator phase
该研究通过对称性分析和第一性原理计算，预测LiFe2F6为d波交变磁性铁电体，并在应变下呈现强磁电耦合的亚铁磁相，实现可电场切换的自旋三重态激子绝缘体相。
2023-12-21 cond-mat.mtrl-sci
Engineering relativistic effects in ferroelectric SnTe
自旋-轨道耦合越来越被视为新现象的丰富来源，如最近围绕拓扑绝缘体和Rashba效应的兴奋所示。我们在这里表明，除了铁电自由度的半导体具有拓扑非平凡的属性，如SnTe，合并了有趣的自旋轨道驱动的物理领域与非易失性功能的自旋电子学呼吁。通过使用各种建模技术，我们表明，一个惊人的丰富的相序列，可以诱导在SnTe，当从室温立方相到低温铁电结构，从拓扑晶体绝缘体的时间反演不变的$Z_2$拓扑绝缘体的“铁电Rashba半导体”，表现出巨大的电可控Rashba效应的散装能带结构。
2014-10-31 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
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
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
Ferroelectric domain inversion and its stability in lithium niobate thin film on insulator with different thicknesses
对铁电畴反转及其对绝缘体上锂氧化物薄膜（LNOI）稳定性的影响进行了实验研究。选择了两组不同厚度的样品，厚度从亚微米到微米不等。对于微米厚的样品（~28 μ m），域结构通过脉冲电场极化与通过光刻图案化的电极来实现。使用偏光显微镜和蚀刻检查一个月没有观察到畴结构恶化。对于亚微米（540 nm）薄膜，大面积畴反转是通过在压电力显微镜中扫描偏置的导电针尖来实现的。采用图形处理的方法对电畴保持率进行了评价。获得了25.0 h的畴寿命，并讨论了可能的机制。我们的研究为LNOI的磁畴结构相关应用提供了直接参考，包括导波非线性频率转换，非线性波前剪裁，电光调制和压电器件。
2016-04-19 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
Narrow waveguide based on ferroelectric domain wall
铁电材料是以有序的电极化的强度为特征的自发对称性破缺系统。铁电畴壁与铁磁畴壁类似，可以看作是分隔两个不同铁电畴的软界面。在这里，我们表明，两个束缚态激发的电极化的强度（极波），或振动和呼吸模式，可以托管和传播的铁电畴壁内。特别地，振动极波具有零频率间隙，因此被深深地限制在铁电畴壁内，并且即使存在局部钉扎也可以传播。这种铁电畴壁波导为研制铁电信息处理器件提供了新的范例。
2021-04-27 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Single Molecule Ferroelectrics via Conformational Inversion: An Electronic Structure Investigation
铁电材料可以响应于所施加的电场来切换它们的极化。在这项工作中，铁电性在单分子水平上提出和研究使用密度泛函理论（DFT）计算。几个碗状分子，无论是综合报道和假设提出的，被证明反转极化响应于外部施加的电场。这种极化反转依赖于单个分子的构象变化，而不像其传统的对应物，其铁电性起源于无机晶体中的非对称极性晶胞的开关，或铁电聚合物的极性聚合物链旋转。我们讨论了结构和官能团因素在决定反转电场和良好的单分子铁电体的设计规则。讨论了单分子铁电体的一个概念性的多态铁电体模型。
2017-05-26 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Embedded Ferroelectric Nanoclusters can drive Polarization Reversal in a Non-Ferroelectric Polar Film via the Proximity Effect
Institute of Physics of the National Academy of Sciences of Ukraine（乌克兰国家科学院物理研究所）；Frantsevich Institute for Problems in Materials Science, National Academy of Sciences of Ukraine（乌克兰国家科学院弗伦采维奇材料科学问题研究所）；Department of Materials Science and Engineering, University of Tennessee, Knoxville（田纳西大学诺克斯维尔分校材料科学与工程系）；Department of Materials Science and Engineering, Pennsylvania State University（宾夕法尼亚州立大学材料科学与工程系）；Zone 5 Technologies（Zone 5 科技公司）
铁电纳米簇通过邻近效应降低AlN薄膜极化反转的阈值电场，影响极化翻转和域核化过程，为记忆、驱动和光学技术提供新路径。
2026-04-29 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Sliding induced multiple polarization states in two-dimensional ferroelectrics
当非中心对称范德华结构中的原子层相互滑动时，界面电荷转移导致结构自发极化的反转。这种现象被称为滑动铁电性，它是显着不同于传统的铁电开关机制依赖于离子位移。在这里，我们提出层依赖作为一个新的维度来控制滑动铁电性。通过在双栅场效应晶体管中制备不同厚度的3R MoS2，我们在多层3R MoS2中获得了反常的中间极化态。利用从头算密度泛函理论计算的结果，我们提出了一个通用的模型来描述多层3R MoS2的铁电开关过程，并解释这些中间极化态的形成。本工作揭示了层数和层间偶极耦合在滑动铁电性中的关键作用，为新型滑动铁电器件的设计提供了一种新的策略。
2022-12-19 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Light Polarization Sensitive Transistor Action in the van der Waals ferroelectric 4H-SnS2
Morgan State University（摩根州立大学）
本研究证实4H-SnS2存在室温铁电性，基于其构建的三端晶体管展现偏振调控特性，确立该材料为偏振驱动电子与光电子技术的潜在体系。
2026-08-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Domain-Wall Ferroelectric Polarons in a two-dimensional Rotor Lattice Model
本研究在电子与旋转偶极子相互作用的二维最简晶格模型中，首次从理论上描述了铁电畴壁极化子的形成机制，揭示转子-电子耦合通过对称性破缺引发畴壁与电子局域化，为软半导体中的铁电极化子研究提供了理论基础。
2025-01-03 cond-mat.mes-hall 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
Electronic correlations decimate the ferroelectric polarization of multiferroic HoMn2O5
我们表明，电子相关性抽取的本征铁电极化最近发现的一类多铁性锰氧化物RMn $_2$ O $_5$，其中R是一种稀土元素。这是从{ \it ab initio}能带结构计算证明，该计算解释了锰3d电子之间的强局部库仑相互作用-这些材料中磁性的根源。当包括这些时，计算的多铁性HoMn $_2$ O $_5$的电子、磁性和晶格结构导致与实验一致的极化的幅度和方向。抽取背后的微观机制是铁电晶格位移引起的离子极化和价电荷重新分布引起的电子极化的近抵消。
2008-02-05 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Ferroelectricity in Polar ScAlN/GaN Epitaxial Semiconductor Heterostructures
采用分子束外延技术在单晶GAN衬底上生长了晶格匹配度为18%ScAlN/GAN异质结构，并观察到了室温铁电性。外延膜具有光滑的表面形貌和高结晶度。脉冲电流-电压测量证实了在几种测量条件下以及在多个样品中这种铁电/半导体结构中的稳定且可重复的极化切换。在室温下测得的矫顽场值为Ec~0.7 MV/cm，对于~100 nm厚的ScAlN层，剩余极化Pr~10 μC/cm 2。这些值基本上低于通过溅射沉积的可比较的ScAlN控制层。重要的是，MBE ScAlN的矫顽场小于GAN的临界击穿场，为低电压铁电开关提供了潜力。GAN上ScAlN的低矫顽场铁电性预示着具有外延集成铁电/半导体异质结构的新形式的电子和光子器件的可能性，该异质结构利用GAN电子和光子半导体平台，其中底层半导体本身表现出自发和压电极化。
2021-05-21 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Improper Ferroelectric Polarisation in a Perovskite driven by Inter-site Charge Transfer and Ordering
设计和制造铁电极化与其他序参量如晶格、磁和电子不稳定性耦合的材料具有很大的意义。这些材料在下一代数据存储设备中将是无价的。最近，在理解晶格和磁不稳定性引起的不适当的铁电耦合机制方面取得了显着进展。然而，虽然理论上预测，电子和铁电（极性）不稳定性之间的紧凑的晶格耦合尚未实现。在这里，我们报告了一种新的钙钛矿Hg $^{\textbf{A}}$ Mn $^{\textbf{A'}}_{3}$ Mn $^{\textbf{B}}_{4}$ O $_{12}$的详细的晶体学研究，被发现表现出极性基态的帐户上的电荷和轨道排序的A'和B-网站，这本身是由一个非常不寻常的Mn $^{A'}$ -Mn $^B$网站间的电荷转移。极性，电荷，轨道，因此磁自由度的固有耦合，使这一系统的巨大的根本利益，并证明铁电开关在这个和主机最近报道的混合不适当的铁电体仍然是一个重大的挑战。
2018-03-15 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Piezoelectric properties of ferroelectric perovskite superlattices with polar discontinuity
利用密度泛函理论，从第一性原理出发，研究了17种极性不连续的短周期铁电钙钛矿超晶格中高对称性$P4mm$极性相的稳定性.结果表明，在大多数超晶格中，该相表现出铁电不稳定性或反铁电畸变不稳定性，或两者兼而有之。对于每个超晶格，基态结构，可能的亚稳相的结构，自发极化，和压电性能进行了计算。比较了具有极性间断的超晶格、对称性破缺的超晶格和没有极性间断的普通超晶格的性质。结果表明，某些极性不连续超晶格的高压电系数（可达150- 270 pC/N）是由于在外加应变的影响下出现了强的晶格畸变，这种畸变的对称性遵循基态结构的低极性声子模的对称性。
2020-12-16 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Sliding Ferroelectrics Induced Hybrid-Order Topological Phase Transitions
提出铁电层滑动方法在二维双层磁性范德华材料中实现和操控拓扑量子态，通过晶格模型和第一性原理计算揭示混合阶拓扑绝缘体等丰富相变，并预测ScI2材料可作为实验平台。
2025-08-12 cond-mat.mtrl-sci
Ferroelectric Altermagnetic Chern Insulator in magnetic field: electrical control of the Chern number
International Research Centre Magtop, Institute of Physics, Polish Academy of Sciences（波兰科学院物理研究所磁顶国际研究中心）；Department of Physics, University of Guilan（吉兰大学物理系）
通过磁场、自旋倾斜和铁电轨道杂化解除Γ点简并，实现陈数的电场控制，在d波交变磁模型中构建铁电可调陈绝缘体。
2026-08-21 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Unified definition of ferroelectricity
University of Arkansas（阿肯色大学）；Fudan University（复旦大学）；Tel Aviv University（特拉维夫大学）
本文提出基于能级等价态间可切换极化差的统一铁电性定义，系统识别了传统和量子铁电材料，并发现新型量子铁电材料具有低开关能垒和稳定绝缘性。
2026-05-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Intertwined Ferroelectricity and Topological State in Two-Dimensional Multilayer
铁电性和能带拓扑的相互交织将使拓扑状态的非易失性控制成为可能，这对于具有低能耗和高响应速度的纳米电体具有重要意义。然而，设计新系统的原理尚不清楚，并且缺乏实现两个参数命令共存的可行方法。本文提出了一种基于第一性原理计算的滑动拓扑多层膜设计二维铁电拓扑绝缘体的通用方法。以三层Bi2Te3为模型系统，研究了在基于van der Waals多层膜的二维拓扑绝缘体中，通过特定的层间滑动可以诱导出面内和面外铁电性，从而实现铁电性和拓扑有序的共存.序参量的强耦合使得拓扑态对极化翻转敏感，实现了拓扑性质的非易失性铁电控制。所揭示的设计准则和铁电拓扑耦合不仅对二维晶格中耦合铁电和拓扑物理的基础研究有用，而且还使纳米器件中的新应用成为可能。
2021-02-15 cond-mat.mtrl-sci
The nature of polar distortions in ferroelectrics
针对复杂铁电体中极性畸变本质的争议，本文提出定制图论方法，揭示其多重本质，并在钙钛矿超晶格与正交相二氧化铪中验证，推动铁电物理概念革新。
2025-10-15 cond-mat.mtrl-sci
Polar distortions in hydrogen bonded organic ferroelectrics
虽然含有氢键的铁电化合物是最早被发现的，但有机铁电体相对较少。在室温下在克糖酸中高极化的发现[Nature \textbf{463}，789（2010）]引起了对有机铁电体的新兴趣。对两种铁电有机分子晶体1-环丁烯-1，2-二甲酸（CBDC）和2-苯基丙二醛（PhMDA）进行了从头算研究。通过使用畸变模式分析，我们揭示了有助于极化的微观机制，我们发现CBDC和PhMDA的$μ$ C/cm $^{2}$分别为14.3和7.0。这些结果表明，它可能是富有成效的搜索中已知的，但表征不佳的有机化合物的有机铁电体与增强的极性适合于器件应用。
2011-05-04 cond-mat.mtrl-sci
Ferroelectricity originating from polar moiety flipping
该研究提出一种由极性原子基团翻转实现极化反转的新型铁电机制，并以含 OH 基团的 Pb$_{10}$(PO$_4$)$_6$(OH)$_2$ 为例说明其不同于传统位移、无序—有序及层间滑动机制。
2025-03-15 cond-mat.mtrl-sci
Phase diagrams and polar properties of ferroelectric nanotubes and nanowires
在本文中，我们研究的尺寸效应的铁电纳米管和纳米线的相图和极性性质，允许径向应力和退极化场的影响。推导了顺电-铁电转变温度与纳米管半径、极化梯度系数、外推长度、径向应力（表面张力）和电致伸缩系数的近似解析表达式。结果表明，由于负的电致伸缩系数和较小的退极化场，其相变温度可以高于块体材料的相变温度。因此，我们预测长圆柱形铁电纳米粒子的极性性质的保存和增强。所得结果解释了Pb（Zr，Ti）O_3和BaTiO_3纳米线和纳米管中观察到的铁电性守恒和增强现象。此外，尽管作出的假设和近似，我们的建模出现了令人惊讶的良好协议与观察到的铁电和局部压电响应磁滞回线。
2009-05-09 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
Rotor Lattice Model of Ferroelectric Large Polarons
我们提出了一个混合钙钛矿中电荷输运的极小模型，它为最近提出的铁电大极化子的形成提供了一个直观的解释。我们表明，短程电荷-转子相互作用导致长程铁电有序的转子，这强烈影响载流子的迁移率。在非微扰制度，我们的理论不能减少到任何早期的模型，我们预测的极化子的性质与实验吻合得很好。这表明了简单模型揭示分子材料电子性质的潜力。
2023-03-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Direct evidence for ferroelectric polar distortion in ultrathin lead titanate perovskite films
用X射线光电子衍射直接研究了PbTiO_3外延薄膜中与铁电性相关的晶格内极性原子畸变和四方性。我们的测量，结合从头计算，明确地表明非中心对称的薄膜几个单位电池厚，意味着薄膜薄至3个单位电池仍然保持铁电极性失真，也表明，没有厚的顺电死层的表面。
2005-11-03 cond-mat.mtrl-sci
Spontaneous electric-polarization topology in confined ferroelectric nematics
拓扑自旋和极性纹理吸引了物理学和技术不同领域的人们。然而，在磁性和固态铁电系统的观察是有限的。铁电薄膜是第一种液态铁电材料，它具有多种空间分布的极化场。与传统的磁性或晶体系统相反，各向异性液晶相互作用可以与偏振对应物竞争，从而在理解它们的相互作用和所得拓扑结构方面提出了挑战。在这里，我们发现手性极化meron结构的出现和准2D铁电畴，这是可视化的荧光共聚焦偏光显微镜和二次谐波发生显微镜的增长过程中。这种微米尺度的极化织构是磁meron的修改后的电变体。与仅由弹性驱动的常规液晶纹理不同，偏振场施加了附加的拓扑约束，例如，头到尾的不对称性，在各种以前未识别的极性拓扑模式的系统和结果。手性可以自发地出现在极性织构中，并且可以通过引入手性掺杂剂来额外地偏置。一个扩展的平均场模型的铁电向列相揭示了系统的极化强度起着专门的作用，在确定极化拓扑结构，提供了一个指导，探索不同的极性织构强极化液晶。
2022-11-09 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
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
Revisiting Ferroelectricity Beyond Polar Space Groups
Westlake University（西湖大学）；Institute of Natural Sciences, Westlake Institute for Advanced Study（西湖高等研究院自然科学研究院）
本文基于极性电学现象的最新发现，探讨了极性空间群之外的极化现象，通过 Berry 阶段现代极化理论重新统一了极化现象的定义，强调了非极性晶体中极化变化的多值性及拓扑定义的氧化态在理解极化变化中的作用。
2026-05-08 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
Polar Properties and Hysteresis Loops in Multilayered Thin Films Ferroelectric/Virtual Ferroelectric
在Landau-Ginzburg-Devonshire（LGD）唯象理论框架下，计算了失配应变、表面能和有限尺寸效应对铁电/虚铁电多层薄膜相图、极性和电滞回线的影响。本文首次研究了由于薄膜和衬底晶格常数失配而引起的薄膜-衬底界面弹性形变对多层薄膜虚铁电SrTiO $_{3}$ /BaTiO $_{3}$相图的影响。与体相BaTiO $_{3}$相比，在体相BaTiO $_{3}$ /BaTiO $_{3}$薄膜中，可以存在六种结晶稳定的BaTiO $_{3}$相（顺电相和四方铁电相（FEc），两种单斜相（FEaac和FEac），以及两种正交相（FEa和FEaa）铁电相。计算了多层SrTiO $_{3}$ /BaTiO $_{3}$薄膜中磁滞回线的主要极性特性（形状、矫顽场和自发极化）。结果表明，该系统表现出强烈的依赖性，其极性的SrTiO $_{3}$和BaTiO $_{3}$层的厚度上的属性，以及对弹性失配应变，与SrTiO $_{3}$发挥介电层的作用：层越厚，越强的是去极化场，这反过来，减少了自发极化的BaTiO $_{3}$膜。
2014-06-29 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
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
Properties of ferroelectric nanodots embedded in a polarizable medium: Atomistic simulations
采用原子论方法研究了嵌入在可极化介质中的铁电纳米点的有限温度性质。不同的阶段进行预测，这取决于铁电强度的材料构成的点和系统形成的介质。特别是发现了两种序参量共存或偶极涡旋间具有特殊序的新态。我们还讨论了这些阶段的起源，例如去极化场和介质驱动的点之间的相互作用。
2006-09-28 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
