Ferroelectricity in the Dion-Jacobson CsBiNb$_2$O$_7$ from first principles
我们从第一性原理研究了Dion-Jacobson CsBiNb $_2$ O $_7$中的铁电性。利用群论分析和第一性原理密度泛函计算的总能量和声子,我们进行了系统的研究周围的顺电原型相的能量表面。我们的研究结果表明,$_2$是一个铁电体的极化P $_s$ =40 $μ$ C cm $^{-2}$。我们提出进一步的实验来澄清这一点。
2006-03-06 cond-mat.mtrl-sci
First-principles modeling of strain in perovskite ferroelectric thin films
我们回顾了第一性原理计算在理解衬底施加的失配应变对外延生长的钙钛矿铁电薄膜的影响中所起的作用。我们这样做,通过分析的情况下,钛酸钡$_3$,补充我们以前的出版物在这个问题上的未发表的数据,以帮助详细解释这些计算是如何完成的。我们还回顾了文献中其他钙钛矿铁电薄膜材料的类似研究。
2008-01-26 cond-mat.mtrl-sci
High field properties of typical perovskite ferroelectrics by first-principles modeling
使用第一性原理计算,我们估计的影响,大的外加电场的结构,介电和铁电性能的典型铁电体。在大磁场下,结构参数发生显著变化,从而降低了不同结构相之间的应变。这种效应有利于铁电开关的极化旋转模型,其中电子极化在四方相、菱方相和斜方相的方向之间旋转。我们估计BaTiO 3和PbTiO 3的体铁电单畴在零温下的矫顽场E_c分别为~31 MV/m和~52 MV/m。BaTiO 3的介电常数和可调谐性在大电场下受影响最小,这使得这种材料在电子和储能领域的应用具有吸引力。
2016-05-24 cond-mat.mtrl-sci
First-principles study of the multi-mode anti-ferroelectric transition of PbZrO3
我们对钙钛矿型反铁电材料PbZrO_3的相变进行了从头算研究。我们的工作揭示了反铁电畸变模式的关键作用-涉及结构中氧八面体的协同旋转-在转变中发挥作用,因为它们通过合作三线性耦合在竞争的结构变体中选择观察到的反铁电相。
2014-07-31 cond-mat.mtrl-sci
Fast Molecular-Dynamics Simulation for Ferroelectric Thin-Film Capacitors Using a First-Principles Effective Hamiltonian
采用快速分子动力学方法研究了BaTiO_3铁电薄膜电容器在短路和外加电压作用下的性能。基于第一性原理有效哈密顿量的分子动力学模拟阐明了铁电体和电极之间的死层(或钝化层)对电容器性能的显著影响,并预测了系统在低温下不能在均匀极化铁电结构和条状铁电畴结构之间跳跃.还进行了薄膜电容器的磁滞回线的模拟,并讨论了它们对薄膜厚度、外延约束和电极的依赖性。
2008-06-12 cond-mat.mtrl-sci
Ferroelectricity in multiferroic magnetite Fe3O4 driven by noncentrosymmetric Fe2+/Fe3+ charge-ordering: First-principles study
通过第一性原理模拟,我们明确地表明,不适当的铁电性磁铁矿在低温绝缘相驱动的电荷有序。单斜铁电体Cc和顺电体P2/c结构之间的精确比较表明,极化的出现是因为八面体Fe位之间的电子电荷的“移位”,导致非中心对称的Fe 2 +/Fe 3+电荷有序模式。我们的预测值的极化,在良好的协议与现有的实验值,进行了讨论的点电荷偶极子位于选定的Fe四面体,指向一个明显的例子,电子铁电性驱动的电荷重排。
2009-06-02 cond-mat.mtrl-sci
On the room temperature ferroelectricity of hydrogen-bonded charge transfer crystals
基于哈伯德模型,对混合堆电荷转移分子晶体的反常铁电性进行了理论研究,并对其参数化进行了第一性原理计算.这种方法首先通过再现TTF-CA的温度诱导跃迁和电子极化来验证,然后将其应用于一系列新的氢键晶体,最近已声称具有室温铁电性。我们的分析表明,氢键系统提出了一个非常低的程度的电荷转移,因此支持一个非常小的极化。对实验数据的重新审视支持了我们的发现,并对这些系统的铁电性产生了怀疑。更一般地说,我们的建模允许合理化的电荷转移晶体中的铁电过渡的一般特征,并建议材料优化的设计原则。
2014-09-28 cond-mat.mtrl-sci
Effects of Vacancies on Properties of Relaxor Ferroelectrics: a First-Principles Study
采用第一性原理模型研究了铅空位对弛豫铁电体Pb(Sc 1/2Nb 1/2)O3(PSN)性质的影响.铅空位产生大的、不均匀的电场,其降低不同极化方向的能量最小值之间的势垒。这自然解释了为什么具有显著铅空位浓度的弛豫体在较低温度下具有加宽的介电峰,以及为什么铅空位在PSN中的铁电转变附近涂抹属性。我们也重新考虑传统的智慧,铅空位减少介电响应的幅度。
2006-10-04 cond-mat.mtrl-sci
Origin of giant spin-lattice coupling and the suppression of ferroelectricity in EuTiO3 from first principles
从第一性原理出发,阐明了导致EuTiO 3铁电性抑制和八面体旋转增强的微观机制。我们发现,稀土Eu 4f态与B位Ti阳离子的杂化驱动系统远离铁电性。我们还表明,这种杂化的磁顺序依赖性是在这种材料中的自旋-声子耦合的主要来源。我们的研究结果强调了稀土f电子对这些过渡金属氧化物的晶格动力学和稳定性的重要性。
2013-09-05 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
Ab initio investigation of Fe$^{2+}$/Fe$^{3+}$ dimerization and ferroelectricity in multiferroic magnetite: role of electronic correlations
基于从头算密度泛函理论,我们研究了具有$P2$对称性的电荷有序Fe $_{3}$ O $_{4}$的Fe $^{2+}_{B}$ /Fe $^{3+}_{B}$二聚化和铁电性的微观机理.除了简单的位间库仑排斥外,还引入了量子杂化效应来解释Fe $^{2+}_{B}$ /Fe $^{3+}_{B}$键的二聚化.基于广义梯度近似+ Hubbard $U$(GGA+ $U$)方法的结果表明,非中心对称的$P2$磁铁矿沿$b$晶轴具有有限的铁电极化.从$U$的极化依赖性,我们得出结论,在$P2$ Fe $_{3}$ O $_{4}$的铁电性的起源在于最近提出的“中间位置/键中心电荷有序”。
2009-12-14 cond-mat.mtrl-sci
First-principles investigation of incipient ferroelectric trends of rutile TiO$_2$ in bulk and at the (110) surface
用从头算密度泛函理论研究了金红石型TiO($_2$)的体相和(110)面的铁电性。我们讨论的基本机制的初始铁电行为的金红石的Born有效电荷,我们分解在个人的贡献,通过最大本地化的Wannier函数。我们表明,铁电相可以稳定的各种不同的晶格畸变,所有扩大最短的Ti-O距离,即使较长的顶端Ti-O键同时缩短。在(110)表面处,与体相相比,铁电趋势被修改,但是即使在最顶部的表面层中具有大极化的铁电相也可以通过单轴应变来稳定。
2012-11-29 cond-mat.mtrl-sci
The ferroelectric transition in YMnO$_3$ from first principles
我们从第一性原理出发研究了多铁性YMnO $_3$的结构相变。利用群论分析和第一性原理密度泛函计算的总能量和声子,我们进行了系统的研究的能量表面周围的原型相。我们发现一个单一的不稳定性,强烈耦合到极化的区域边界。这种耦合是在这类材料中允许多铁性的机制。我们的研究结果表明,YMnO $_3$是一个不适当的铁电体。我们建议进一步的实验来阐明这一点。
2005-10-18 cond-mat.mtrl-sci
Ferroelectricity driven by the non-centrosymmetric magnetic ordering in multiferroic TbMn_2O_5: a first-principles study
采用第一性原理计算研究了多铁性TbMn $_2$ O $_5$的基态结构、电子和磁性.结果表明,TbMn $_2$ O $_5$的铁电性是由非中心对称的磁有序驱动的,而没有引起自旋轨道耦合和非共线自旋.该化合物中的{ \it本征}电极化的强度计算为1187 $nC\cdot$ cm $^{-2}$,比以前认为的大一个数量级。
2007-10-24 cond-mat.mtrl-sci
First-principles study of competing ferroelectric and antiferroelectric instabilities in BaTiO3/BaO superlattices
我们报道了(BaTiO ${_3}$)$_m$ /(BaO)$_n$超晶格的第一性原理研究,研究了周期性$m/n$的变化.我们发现,这样的系统开发一个极性区中心不稳定性足够大的\textit{m} / \textit{n}比,这可以理解,至少定性地说,从一个简单的静电模型,并应导致铁电基态。然而,声子色散曲线的分析也指出,出现在$m=4$周围的区域边界处的反铁电不稳定性较强,达到铁电性的临界比之前,仍然占主导地位超过它。该分析使我们能够预测,(BaTiO ${_3}$)$_m$ /(BaO)$_n$超晶格应该呈现反铁电基态的$m$大于4,这应该顺利地演变为多畴结构的增加$m$值,只有成为大$m$的铁电。
2010-04-22 cond-mat.mtrl-sci
First principles investigation of ferroelectricity in epitaxially strained Pb$_2$TiO$_4$
本文用密度泛函理论研究了假设的Ruddlesden-Popper化合物Pb $_2$ TiO $_4$的结构和极化。计算了空间群为$I4/mmm$的高对称性K-$_2$-NiF-$_4$-型参考结构的带内声子.在理论基态晶格常数下,存在一个不稳定的红外激活声子。该声子冻结以产生$I2mm$铁电态。作为外延应变的函数,两个额外的铁电相被发现,与空间群$I4mm$和$F2mm$在压缩和拉伸应变,分别。
2005-01-06 cond-mat.mtrl-sci
Strain-induced ferroelectricity in CaTiO$_3$ from first principles
第一性原理计算被用来调查的钙钛矿氧化物CaTiO $_3$的结构上的外延应变的影响,特别关注的正交平衡块体$Pbnm$结构中隐藏的极性不稳定性相关的铁电相的稳定,但发现在以前的第一性原理研究的理想立方钙钛矿高对称性参考结构。在1.5%的应变,我们发现之间的$ab$ - $ePbnm$相,有利于压缩应变,和$c$ - $ePbnm$相的外延取向过渡。对于较大的拉伸应变,极性不稳定性的$c$ - $ePbnm$相和外延应变诱导的铁电相的发展获得与极化沿$<$ 110 $>$方向相对于原始钙钛矿晶格矢量的正方形基板。
2009-04-14 cond-mat.mtrl-sci
Structural and thermal transport properties of ferroelectric domain walls in GeTe from first principles
铁电畴壁是铁电材料中具有不同极化取向的区域之间的边界。利用第一性原理计算,我们描述了热电GeTe中在($11\bar{1}$),($111$)和($1\bar{1}0$)晶面上形成的所有不同类型的畴壁。我们发现大部分的这些畴壁,这是由偏振变化驱动的附近的结构扭曲。我们发现,这种强的应变-序参量耦合将大大降低晶格热导率的GeTe样品相对于单晶的畴壁。因此,我们的研究结果表明,畴工程是一个很有前途的途径,提高热电优值的GeTe。
2020-04-15 cond-mat.mtrl-sci
Promising Ferroelectricity in 2D Group IV Tellurides: a First-Principles Study
基于第一性原理计算,我们研究了二维IV族碲化物XTe(X=Si,Ge和Sn)的铁电性质,重点研究了GeTe的铁电性质. 2D IV族碲化物在能量上优选具有铰链状结构和面内自发极化的正交相。单层GeTe的本征居里温度Tc高达570 K,并可以通过施加拉伸应变迅速提高。面外电场可以有效地降低用于极化反转的矫顽场,扩展其用于调节极化反转动力学的潜力。双层GeTe的铁电相仍为基态。结合这些优点,2D GeTe是一种有前途的候选材料,用于实际的集成铁电应用。
2017-07-19 cond-mat.mtrl-sci
Antiferroelectricity and ferroelectricity in epitaxially strained PbZrO3 from first principles
密度泛函计算进行研究的PbZrO 3的外延应变的效果。我们发现在实验可获得的外延应变的整个范围内,外延应变极性R3 c和非极性Pbam结构之间的能量差非常小,为-3% < η<4%。虽然铁电性有利于所有的压缩应变,拉伸应变之间的非极性基态和替代极性相产生一个强大的反铁电基态的小能量差。在薄膜中观察到的铁电性和反铁电性的共存归因于应变和退极化场效应的组合。
2014-05-14 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
First-principles study of the ferroelectric Aurivillius phase Bi2WO6
为了更好地理解Bi 2 WO 6的重构铁电-顺电转变,这是不寻常的Aurivillius家族的化合物,我们进行了第一性原理计算的介电和动力学性质的两种可能的高温顺电结构:实验观察到的A2/m对称性的单斜相和I4/mmm对称性的四斜相,常见的大多数Aurivillius相成分。这两种顺电结构都表现出各种不稳定的模式,在它们的凝聚后,使系统趋向于更稳定的低对称性结构。计算证实,从高温顺电相A2/m开始,系统必须经历一个重构转变才能到达P2_1ab铁电基态。
2012-08-10 cond-mat.mtrl-sci
First-principles calculations for ferroelectrics at constant polarization using generalized Wannier functions
局域化的Wannier函数提供了一个有效和直观的框架来计算电极化的强度从第一性原理。它们也可以用来表示固定电场下的电子系统和测定绝缘材料的介电性能。在这里,我们开发了一个基于Wannier函数的形式主义执行第一性原理计算在固定的偏振。这种方法允许提取晶体的极化能量景观,从而支持极性材料的理论研究。为了便于计算,我们实现了一个准牛顿方法,同时放宽内部坐标和调整电场在固定的极化晶体。应用该方法研究了四元相$\mathrm{BaTiO_3}$和$\mathrm{PbTiO_3}$的铁电行为。驱动这两种化合物的铁电性的物理过程进行检查感谢本地化的轨道图片所提供的Wannier函数。因此,在铁电畸变下的化学键的变化可以被准确地可视化。突出了$\mathrm{BaTiO_3}$和$\mathrm{PbTiO_3}$的铁电性质的差异。这可以追溯到它们的电子结构的特殊性。
2020-01-27 cond-mat.mtrl-sci
High-throughput first principles search for new ferroelectrics
我们使用对称性分析和高通量的密度泛函理论计算相结合,寻找新的铁电材料。我们使用两种搜索策略来识别候选材料。在第一个策略中,我们从非极性材料开始,寻找未识别的能量降低极性失真。在第二种策略中,我们考虑极性材料并寻找相关的更高对称性结构。在这两种情况下,如果我们发现具有正确对称性的新结构,并且在能量上也接近实验已知的结构,那么该材料很可能在外部电场中是可切换的,使其成为候选铁电体。我们发现了16种候选材料,具有典型铁电体中罕见的各种性质,包括大极化,超铁电性,反铁电性和多铁性。
2016-10-13 cond-mat.mtrl-sci
First-principles study of the relaxor ferroelectricity of Ba(Zr,Ti)O$_3$
Ba(Zr,Ti)O $_3$是一种无铅弛豫铁电体。用第一性原理方法研究了纯BaTiO $_3$和Ba(Zr,Ti)O $_3$超电池的铁电偶极矩。BaZr $_{0.5}$ Ti $_{0.5}$ O $_3$和BaZr $_{0.25}$ Ti $_{0.75}$ O $_3$的所有可能的离子构型都构造在$2\times2\times2$超晶胞中。对于半取代的情况,这些结构的铁电性能的分歧,已被发现,严重依赖于Ti和Zr离子的排列。因此,我们的结果为Ba(Zr,Ti)O $_3$的弛豫行为提供了合理的解释.此外,基于热统计的模型给出了Ba(Zr,Ti)O $_3$的平均极化,这取决于合成温度。我们的研究结果有助于理解和调控无铅Ba(Zr,Ti)O $_3$的弛豫铁电性。
2015-11-10 cond-mat.mtrl-sci
Bernoulli principle in ferroelectrics
Jozef Stefan Institute(约泽夫·斯特凡研究所);University of Picardie(皮卡第大学);Southern Federal University(南方联邦大学)
本研究将经典伯努利原理推广至铁电纳米棒,揭示了截面变化导致极化通量守恒,从而产生极化增强、减弱及拓扑结构(如极化气泡、涡旋和霍普夫子)的机制。
2026-06-02 cond-mat.mtrl-sci
Unconventional ferroelectric domain switching dynamics in CuInP2S6 from first principles
本文利用第一性原理数据集训练的机器学习势进行大规模原子模拟,发现范德华铁电CuInP2S6的极化翻转由单个Cu偶极子翻转介导而非传统畴壁运动,揭示了其非常规翻转动力学机制。
2023-05-15 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
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
Ferroelectricity in [111]-oriented epitaxially strained SrTiO$_3$ from first principles
利用第一性原理密度泛函理论计算研究了双轴应变对[111]取向SrTiO $_3$低温结构和铁电性能的影响。我们发现,[111]双轴应变,可实现沿[111]方向的相干外延生长,诱导结构的扭曲SrTiO $_3$,不存在于无论是散装或[001]取向的SrTiO $_3$。在[111]双轴应变下,SrTiO $_3$在拉伸应变下表现出铁电性,在压缩应变下表现出顺电性。我们计算了SrTiO $_3$的声子谱和宏观极化随[111]双轴应变的变化,并将我们的结果与Pertsev,Tagantsev和Setter [Phys.Rev.B61,825(2000); Phys.Rev.B65,219901(2002)]的自由能唯象模型的预测相关联。
2019-03-13 cond-mat.mtrl-sci
First-principles theory of giant Rashba-like spin-splitting in bulk ferroelectrics
最近在某些体铁电体中观察到了大的类Rashba自旋劈裂。与相对论Rashba效应相反,电子带的手征自旋织构和大的自旋劈裂强烈地依赖于带的性质和原子的自旋轨道耦合。我们确定,这可以追溯到所谓的轨道Rashba效应,也在批量。这导致了对带的轨道组成的额外依赖,这对于完整的效应图像至关重要。对GeTe铁电体的第一性原理计算结果验证了模型的关键预测。
2018-02-15 cond-mat.mtrl-sci
Ferroelectric phenomena in CdSnO3: a first-principles study
采用第一性原理密度泛函理论计算了立方偏锡酸镉的声子谱及其畸变相的晶体结构。结果表明,$α$ $_3$的声子谱和畸变相的能谱与CdTiO $_3$的相应谱惊人地相似. $α$ $_3$的基态是铁电$Pbn2_1$相;伴随从非极性$Pbnm$相到该相的相变的能量增益为$\sim$ 30 meV,并且其中的自发极化为0.25 C/m $^2$。对$α$铁电模本征矢量的分析和分电子态密度的计算表明,这种不含$d$过渡元素的晶体的铁电不稳定性与Cd和O原子之间形成共价键有关.
2016-01-07 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
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
Impact of Four-Valent Doping on the Crystallographic Phase Formation for Ferroelectric HfO$_2$ from First-Principles: Implications for Ferroelectric Memory and Energy-Related Applications
纳米级硅掺杂HfO $_2$的铁电性能保证了从铁电存储器到能量相关应用的多种应用。这种意外行为的原因尚未得到明确证明,可能包括尺寸效应和掺杂效应的贡献。采用不同的密度泛函理论(DFT)方法,通过第一性原理计算研究了HfO $_2$中硅的掺入.间隙和替代硅在HfO $_2$配对和没有氧空位的形成能证明的替代缺陷作为最有可能的。在高达12.5化学式单位%的研究浓度窗口内,单独的硅掺杂不足以稳定极性和正交晶相(p-o-相),其已被确定为HfO $_2$中的铁电性的来源。另一方面,硅掺入是所研究的掺杂剂组内的p-o-相和tetraxide相(t-相)的最强促进剂之一,证实了实验铁电窗口。除了硅,其他四价掺杂剂,C,Ge,Ti,Sn,Zr和Ce的能量上的有利影响进行了检查,揭示Ce作为一个非常有前途的候选人。随着这些四价掺杂剂的掺杂浓度的增加,体积变化的演变显示出与硅相比,Ce的相反趋势。为了补充这项研究,掺杂剂在主机HfO $_2$晶格的几何结合进行了分析。
2018-01-02 cond-mat.mtrl-sci
First-principles study of ferroelectricity induced by p-d hybridization in ferrimagnetic NiFe2O4
采用广义梯度近似+ Hubbard $U$方法研究了具有四重$P4_122$ ~对称性的NiFe $_2$ O $_4$体材料的亚铁磁性和铁电性.特别注意寻找对磁有序性最有利的构型,并进一步计算可靠的自发电极化的强度。在最稳定构型的优化晶体结构下,获得了沿z方向的自发极化率为23 $μ$ C/cm $^2$,这是由于Fe $^{3+}$阳离子的3d态与氧的2 p态之间的Jahn-Teller效应引起的杂化所致.
2016-03-31 cond-mat.mtrl-sci
First-principles study of the influence of (110) strain on the ferroelectric trends of TiO$_2$
采用两种不同的密度泛函理论方法,研究了单轴应变对TiO $_2$(金红石)中原子位移、偶极相互作用、极化和介电常数的影响.结果表明,计算使用维也纳从头算模拟包(VASP)和平面波自洽场方法(PWSCF)产生定性相同的原子弛豫和铁电应变下的趋势。采用线性响应方法得到的无应变和应变TiO $_2$(金红石型)的声子色散曲线证实了以前的计算的巨大LO-TO分裂和软极性模的出现。在(110)方向的膨胀应变下,出现了向铁电相的二级相变,其极化方向为(110)。
2011-11-10 cond-mat.mtrl-sci
Domains and ferroelectric switching pathways in Ca$_3$Ti$_2$O$_7$ from first principles
混合不适当的铁电性,其中可以通过三线性耦合到两个非极性结构的不同对称性的扭曲诱导的电极化,最近已被实验证明为第一次在$n$ =2 Ruddlesden-Popper化合物Ca $_3$ Ti $_2$ O $_7$。在本文中,我们使用群论方法和第一性原理计算,以确定可能的铁电开关路径在Ca $_3$ Ti $_2$ O $_7$。我们确定了低能量的路径,通过切换通过正交双晶域,或通过反极性结构的极化方向反转。我们还引入了一组化学直观的局部序参量,以深入了解这些路径如何与在畴壁处成核的开关相关。我们的研究结果表明,开关可以通过一个以上的机制在这种材料。
2016-10-04 cond-mat.mtrl-sci
Electrical properties of improper ferroelectrics from first principles
利用第一性原理计算,在约束电位移场D下,研究了六方晶系YMnO 3和短周期PbTiO 3/SrTiO 3超晶格的结构畸变和极性畸变的相互作用.我们发现,在YMnO 3的氧多面体的倾斜产生一个强大的极性基态,它坚持在任何选择的电边界条件。相反,在PTO/STO的反铁畸变不稳定性单独不打破反转对称性,和开路的非极性条件下恢复一个非极性状态。我们认为,这种质的差异自然提供了一个合理化的概念,从第一性原理理论的角度来看,“不当铁电性”的路线。我们讨论的影响,我们的论点的设计与增强功能的新型多铁性材料,并为对称性分析的相变。
2012-07-16 cond-mat.mtrl-sci
First principles study of the influence of (110)-oriented strain on the ferroelectric properties of rutile TiO$_2$
利用第一性原理密度泛函理论研究了金红石型TiO $_2$中极性声子模在(110)取向拉伸应变下的软化。我们表明,该系统变得不稳定,对铁电畸变与极化沿(110)的实验可访问的应变值。由此产生的极化,估计从玻恩有效电荷,甚至超过了体极化的钛酸钡$_3$。我们的计算表明沿(110)和(001)方向极化的极性模式的不同应变依赖性,我们讨论了应变工程的极化方向的可能性,以及由此产生的介电和压电响应,在合适的衬底上生长的TiO $_2$薄膜。
2011-06-14 cond-mat.mtrl-sci
First-principle study of octahedral tilting and Ferroelectric like transition in metallic LiOsO3
使用第一性原理密度泛函理论检查LiOsO 3金属钙钛矿的八面体倾斜和类铁电结构转变[Nature Materials 12,1024(2013)]。在LiOsO_3中,a-a-a-八面体倾斜模式负责立方到菱形的结构转变,其在室温下是稳定的相。在低温下,由于区域中心声子软化,实现了非中心对称过渡到菱面体相。LiOsO 3的相变行为可以通过密度泛函计算和声子计算得到充分的解释。电子结构和费米面的变化,由于电子晶格耦合效应。跨越相变的载流子态密度与电阻率、热容和磁化率相关。
2013-11-17 cond-mat.mtrl-sci
Comparative first-principles studies of prototypical ferroelectric materials by LDA, GGA, and SCAN meta-GGA
铁电性起源于破缺的空间反转对称性,是具有电偶极子的材料的功能性,其可以通过外部电场来切换。自发极化是一种重要的铁电性质,其幅度由极性结构畸变的强度决定。密度泛函理论(DFT)是研究铁电性质最常用的理论方法之一,但它受到电子交换关联近似水平的限制。一方面,局域密度近似(LDA)被认为是更准确的传统钙钛矿铁电体,如BaTiO 3和PbTiO 3比广义梯度近似(GGA),其中遭受所谓的超四边形误差。另一方面,GGA比LDA更适合于氢键铁电体,LDA在很大程度上高估了氢键的强度。在这里,我们表明,最近开发的通用强约束和适当规范(SCAN)元GGA功能显着改善了传统的LDA/GGA的结构,电气和能量特性的多样性结合的铁电材料具有可比的计算工作量,从而大大提高了DFT在铁电材料的研究中的预测能力。我们还解决了所观察到的系统依赖性能的LDA和GGA的铁电体从化学键的角度来看。
2017-07-20 cond-mat.mtrl-sci
A DFT+$U$+$V$ study of pristine and oxygen-deficient HfO$_2$ with self-consistent Hubbard parameters
Zhejiang University(浙江大学);Westlake University(西湖大学);Korea Institute for Advanced Study(韩国高等研究院);Westlake Institute for Advanced Study(西湖高等研究院)
本研究通过DFT+$U$+$V$方法探讨HfO₂的电子结构,揭示自洽Hubbard参数对预测热力学稳定性、带隙和氧空位形成能的重要性。
2025-02-17 cond-mat.mtrl-sci
Ferroelectric control of magnetization in La_{1-x}Sr_xMnO3 manganites: A first-principle study
利用第一性原理研究了钙钛矿型铁电体(PbTiO 3)与磁性锰氧化物La_{1-x} Sr_xMnO 3之间的界面。我们表明,通过切换铁电极化,额外的载流子积累或耗尽在锰氧化物的界面区域,这种载流子密度的变化可以修改界面Mn的磁自旋配置,这与实验观察到的极大的磁化强度变化是一致的。我们还描述了一个意想不到的纯界面现象,即铁电极化的界面区域的变化的磁能量-自由度不存在于散装锰氧化物。理论上,我们证明了在广泛使用的DFT+U类交换关联泛函中,Hubbard $U$参数的精确选择对基态磁结构的敏感性.我们提供了一个简单的伊辛模型,解释了与U的磁结构的演变与各种不同的方式,其中一个可能会尝试选择一个适当的U参数的讨论。
2012-08-10 cond-mat.mtrl-sci
Electrostatic engineering of strained ferroelectric perovskites from first-principles
基于铁电钙钛矿的新型人工材料的设计依赖于静电耦合和面内晶格匹配的基本原理。这些规则表明,只要遵守一定的生长条件,电位移场的面外分量和应变的面内分量在层状超晶格上保持不变。目前,人们正在根据这些指导方针进行深入研究,以优化材料功能,通常取得了显着的成功。然而,这些原则,是有限的实际用途,除非一个处置的可靠数据,在任意的电气和机械边界条件下,一个给定的材料的行为。在这里,我们展示了,通过专注于原型铁电体PbTiO 3和BiFeO 3作为测试案例,如何从第一原理中系统和有效地计算这些信息。特别是,我们构建了一系列二维映射,描述了任一化合物的行为(例如,关于铁电极化和反铁电畸变不稳定性),在任何可能的选择面内晶格参数,a,和面外电位移,D。除了对超晶格设计具有直接的实用性外,我们的研究结果还为钙钛矿材料中竞争自由度的复杂相互作用带来了新的见解,并揭示了一些值得注意的例子,这些材料的行为偏离了天真的预期。
2015-10-21 cond-mat.mtrl-sci
First principles characterization of the P2_1ab ferroelectric phase of Bi2WO6
利用密度泛函理论研究了Bi 2$WO 6在P2_1ab铁电基态的结构、介电、动力学、弹性、压电和非线性光学(二阶极化率和Pockels张量)性质.单晶的红外和拉曼光谱的计算使我们能够澄清的实验声子模式的分配,考虑到计算和多晶上获得的拉曼光谱的实验之间的良好的协议。弹性常数的计算证实了晶体的弹性稳定性,并使我们能够估计多晶样品的杨氏模量和剪切模量。的压电常数具有显着的固有值相媲美的原型ABO 3铁电体。的电光响应强烈占主导地位的横光学模式的离子的贡献,产生相当大的Pockels系数约9 pm/V沿极方向。
2014-03-18 cond-mat.mtrl-sci
Quadruple-well ferroelectricity and moderate switching barrier in defective wurtzite α-Al2S3: a first-principles study
该研究通过第一性原理计算发现,阳离子空位有序的纤锌矿 α-Al2S3 具有单轴四阱铁电性和较低开关势垒,应变与 Ga 掺杂还可进一步降垒。
2024-07-30 cond-mat.mtrl-sci
Multiferroic behavior of Aurivillius Bi4Mn3O12 from first-principles
采用密度泛函方法研究了Aurivillius化合物Bi_4Mn_3O_(12)的多铁性.我们发现,该材料的四元顺电相是铁磁性的,表现出类似于在其铁电母体化合物Bi 4 Ti 3 O 12中观察到的铁电和反铁磁畸变不稳定性。然而,我们的研究结果表明,Mn+4离子在B-网站的存在下收缩的细胞体积,因此不稳定的极性模式,与铁电极化,克服了antiferrodistortive失真。通过这种方式,Bi 4 Mn 3 O 12在其平衡体积下表现出初始铁电性。我们表明,铁电状态可以通过应变或部分取代Mn与Ti的青睐。
2012-06-26 cond-mat.mtrl-sci
First principles studies of SnTiO3 perovskite as a potential ferroelectric material
在寻找环境友好的,无铅和铋的化合物的设备,如执行器,SnTiO 3(ST)的DFT内的第一性原理进行了研究。全几何优化提供了相对于立方结构的稳定的四元结构。从状态方程的平衡体积的SnTiO 3被发现小于铁电PbTiO 3(PT)与较小的Sn 2+半径的协议。虽然ST和PT之间的离子位移表现出类似的趋势,但ST的更大的四方性(c/a比)导致更大的极化,PST = 1.1 C.m2。电子能带结构的分析,详细说明了锡-O和钛-O相互作用点的差异化的化学键和相对于铅同系物的共价键的增强。
2013-01-12 cond-mat.mtrl-sci
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
First Principles Investigation of Ferromagnetism and Ferroelectricity in Bismuth Manganite
我们目前的局部自旋密度近似(LSDA)赝势计算的钙钛矿结构的氧化物,铋锰氧化物(BiMnO3)的结果。通过首先计算高对称立方相的总能量和能带结构,然后依次降低磁性和结构对称性,确定了铋锰氧化物与其他钙钛矿锰氧化物之间差异的起源。我们的研究结果表明,铋阳离子和氧阴离子之间的共价键稳定不同的磁性和结构相相比,稀土锰氧化物。这与最近的实验结果一致,表明掺杂的铋锰氧化物中的电荷有序性增强。
1998-09-21 cond-mat.mtrl-sci
First-principles theory of magnetically induced ferroelectricity in TbMnO3
利用第一性原理方法研究了正交晶系TbMnO 3中磁旋轮序通过自旋-轨道相互作用引起的极化。分析了磁螺线位于b-c平面的情况,其中纯电子对极化的贡献很小。我们着重研究了晶格介导的贡献,并研究了它与LDA+U方法中库仑相互作用参数U以及自旋螺旋波矢的依赖关系。还分析了不同位置上自旋轨道相互作用的作用。
2009-05-19 cond-mat.mtrl-sci
First-principles study of the structural, electronic, magnetic and ferroelectric properties of a charge ordered Iron(II)- Iron(III) formate framework
采用密度泛函理论对混合价Fe(II)-Fe(III)甲酸盐骨架[NH $_2$(CH $_3$)$_2$ ][Fe $^{\rm III}$ Fe $^{\rm II}$(HCOO)$_6$ ](DMAFeFe)的结构、电子、磁性和铁电性质进行了计算.最近的实验报道了自发的电极化的强度,我们的计算与报道的实验值一致。此外,我们揭示了导致观察值的微观机制,以及如何可能增强偏振。DMA $^+$阳离子的电荷有序性、偶极有序性和诱导的结构畸变之间的相互作用提出了在这些复杂的多功能混合钙钛矿中探索的新的有趣方向。
2019-06-25 cond-mat.mtrl-sci
Unconventional Ferroelectricity in Violation with Neumann's Principle
提出违背 Neumann 原理的非常规铁电性 UFVNP,通过群论识别 33 个同形空间群,并结合 α-In2Se3 实验解释与 Td 相 AgBr 第一性原理验证拓展铁电材料范围。
2023-04-24 cond-mat.mtrl-sci