Suppressed dependence of polarization on epitaxial strain in highly polar ferroelectrics
本文报道了高极性铁电PbZr_（0.2）Ti_（0.8）O_3（PZT）薄膜中极化与外延应变耦合的实验和计算研究。对弛豫（四方性c/a = 1.05）和高应变（c/a = 1.09）外延膜的性质进行比较表明，尽管PZT或PbTiO_3在薄膜或块体形式（P_r = 82 microC/cm ^2）中的极化率是最高的，但它几乎与外延应变无关。我们将这种行为归因于这些Pb基钙钛矿中A位阳离子对外延应变的抑制敏感性，其中铁电位移已经很大，与极性较小的钙钛矿如BaTiO_3的情况相反。在后一种情况下，A位阳离子（Ba）和赤道氧位移可以导致显着的极化增加。
2007-04-18 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
Guidelines for the stabilization of a polar rhombohedral phase in epitaxial Hf0.5Zr0.5O2 thin films
非传统的硅兼容铁电性的氧化铝基系统，它变得强大，只有在纳米尺度，吸引了很多的兴趣。虽然亚稳态极性正交（o-）相（Pca 21）被广泛认为是铁电性的负责相，但最近报道了在（001）SrTiO 3（R3 m或R3）、（0001）GAN（R3）和Si（111）上生长的外延HfZrO 4（HZO）膜上的更高能量的极性菱形（r-）相。武装这些系统的结果，在这里，我们报告了一个系统的研究，导致确定全面的全球趋势稳定的外延生长的HZO薄膜（6 nm）在各种基板（钙钛矿，六方和Si）的r-相多晶型物。
2021-01-03 cond-mat.mtrl-sci
Study of epitaxial graphene on non-polar 6H-SiC faces
我们提出了外延石墨烯（EG）生长在非极性的a-平面和m-平面6 H-SiC的面，材料特性与已知的EG生长在极性面进行比较。原子力显微镜（AFM）的表面形貌表现出纳米晶石墨样功能的非极性面，而极性硅面显示台阶状功能。这种不同的行为归因于在非极性面上缺乏六边形模板。非极性面也表现出更大的无序和所有拉曼峰（D，G和2D）的红移随着温度的升高。这是由于应力随温度升高而降低。这些变化提供了证据，不同的EG生长机制的非极性和极性面，可能是由于表面自由能的差异。我们还介绍了a面EG和m面EG在形貌、厚度和拉曼特性方面的差异
2012-03-01 cond-mat.mtrl-sci
Polarization Instability in Polydomain Ferroelectric Epitaxial Thin Films and the Formation of Heterophase Structures
本文提出了外延铁电薄膜中致密层状畴结构的热力学理论。据发现，在膜和衬底之间的一些临界失配应变，90度c/a/c/a畴结构变得不稳定相对于平行于畴壁的极化分量的外观，这导致在形成的异相结构。对于PbTiO_3和BaTiO_3薄膜，用“失配应变-温度”图确定了多畴和异相态的稳定范围。介电异常伴随失配应变驱动的结构转变进行了描述。
1999-07-26 cond-mat.mtrl-sci
Large electropositive cations as surfactants for the growth of polar epitaxial films
利用密度泛函理论（DFT），我们证明了大的阳离子如钾或铯的吸附有利于极性LaAlO $_3$（LAO）在SrTiO $_3$（STO）上的外延生长. K的低电离势有利于有效的电子转移到STO导带，并导致2D电子气，其精确地补偿了随着层厚度增加的发散势。对于大的阳离子，如K或Cs，DFT总能量的考虑表明，它们仍然吸附在LAO表面上，并没有进入替代到LAO。这些结果提出了一种新的计划，用于生长清洁的LAO/STO界面系统，和极性系统的一般情况下，通过执行的生长过程中存在的大，低电离电位的碱金属离子。
2014-12-10 cond-mat.mtrl-sci
Tailoring Lattice Strain and Ferroelectric Polarization of Epitaxial BaTiO3 Thin Films on Si(001)
采用脉冲激光沉积法制备了具有大极化的BaTiO_3铁电薄膜。在约300 ℃宽的衬底温度范围内获得高质量的c取向外延膜。沉积温度严重影响生长动力学和热力学平衡，导致在钛酸钡极轴的应变，这可以超过2%的膜厚超过100 nm的高影响。铁电极化与应变成比例，因此沉积温度可以用作定制铁电极化的有效工具。所开发的策略克服了基于衬底选择的传统应变工程方法的主要局限性：它可以应用于包括Si（001）和钙钛矿的特定衬底上的膜，并且它不限于双晶膜。
2018-01-24 cond-mat.mtrl-sci
Layer-by-layer epitaxial growth of polar FeO(111) thin films on MgO(111)
本文报道了用分子束外延法在MgO（111）衬底上生长的外延FeO层的结构特性。成功稳定的极性FeO膜厚为16单层（ML），通过沉积和随后的氧化单铁层，提出。采用低能电子衍射、俄歇电子能谱和转换电子穆斯堡尔谱（CEMS）对FeO/MgO（111）薄膜进行了化学和结构表征。详细的原位CEMS测量作为膜厚度的函数表现出的尺寸效应引起的演变的超精细参数，最厚的膜表现出的散装浮氏体超精细图案。非原位CEMS研究证实了在液氮温度下的磁有序的浮氏体薄膜相。
2011-11-14 cond-mat.mtrl-sci
Polar phonons in some compressively stressed epitaxial and polycrystalline SrTiO3 thin films
几个SrTiO 3（STO）薄膜无电极脉冲激光沉积处理，厚度下降到40 nm，使用红外透射和反射光谱进行了研究。定量测定了薄膜中极性声子模，特别是铁电软模的复介电响应。在（100）La0.18Sr0.82Al0.59-Ta0.41O3衬底（应变0.9%）上的压缩外延STO膜显示出强烈的硬化声子响应，而在（0001）蓝宝石衬底上的多晶膜中的软模显示出由于晶界和/或其他不均匀性和缺陷而引起的强烈加宽。硬化软模式是负责一个低得多的静态介电常数在平面上的压缩膜比在散装样品。
2009-04-28 cond-mat.mtrl-sci
Polarity and anti-distortive polarons in WO3 through epitaxial shear strain
Zernike Institute for Advanced Materials, University of Groningen（格罗宁根大学泽尔尼克先进材料研究所）；Groningen Cognitive Systems and Materials Center (CogniGron), University of Groningen（格罗宁根大学格罗宁根认知系统与材料中心）；Department of Earth Sciences, University of Cambridge（剑桥大学地球科学系）；MESA+ Institute for Nanotechnology, University of Twente（特温特大学MESA+纳米技术研究所）；Center for Nanophase Materials Sciences, Oak Ridge National Laboratory（橡树岭国家实验室纳米材料科学中心）；Faculty of Physics, University of Duisburg-Essen（杜伊斯堡-埃森大学物理学院）；Research Center Future Energy Materials and Systems (RC FEMS), Research Alliance Ruhr（鲁尔研究联盟未来能源材料与系统研究中心）
本研究通过对外延WO₃薄膜施加外延剪切应变，观测到未报道的极性相及反畸变极化子存在的首个实验证据，为氧化物电子学功能调控提供新路径。
2025-11-18 cond-mat.mtrl-sci
High electrical conductivity in the epitaxial polar metals LaAuGe and LaPtSb
极性金属是一类有趣的材料，它们同时具有自由载流子和极性结构畸变。尽管被称为“极性金属”，然而，大多数研究充分的极性金属都是不良的电导体。在这里，我们展示了分子束外延（MBE）生长的LaPtSb和LaAuGe，两个极性的金属化合物，其电阻率是一个数量级低于充分研究的氧化物极性金属。这些材料属于采用填充纤锌矿结构的$ABC$金属间化合物的大家族，也称为六方Heusler化合物。扫描透射电子显微镜（STEM）揭示了具有单向弯曲的$BC$（PtSb、AuGe）平面的极性结构。磁输运测量显示出良好的金属行为，具有低的剩余电阻率（$ρ_{LaAuGe}=59.05$ $μΩ\cdot$ cm和$ρ_{LaAPtSb}=27.81$ $μΩ\cdot$ cm，在2K下）和高的载流子密度（$n_h\sim 10^{21}$ cm $^{-3}$）。光电子能谱测量确认频带金属性，并与密度泛函理论（DFT）计算的定量协议。通过DFT-化学压力和晶体轨道Hamilton布居分析，发现原子填充因子支持结构的极性屈曲，尽管直接层间$B-C$键合的程度受到$A-C$接触处的排斥的限制。当与绝缘六方Heusler相结合时，这些材料为完全外延的多铁性异质结构提供了新的平台。
2019-10-17 cond-mat.mtrl-sci
Controlling the cation distribution and electric polarization with epitaxial strain in Aurivillius-phase Bi$_5$FeTi$_3$O$_{15}$
利用第一性原理电子结构计算方法研究了面内双轴（外延）应变对Aurivillius相化合物Bi $_5$ FeTi $_3$ O $_{15}$阳离子分布和电极化的强度的影响。我们的计算表明，Fe $^{3+}$阳离子的位置偏好可以通过外延应变控制。拉伸应变增强了对Aurivillius相结构的类钙钛矿层内的内部位点的偏好，而压缩应变有利于占据钙钛矿层内的外部位点，即，靠近Bi $_2$层的位置。控制磁性阳离子的分布为控制磁稀体系的磁序提供了可能。此外，电极化的强度的大小是强烈的应变依赖性，在拉伸应变下增加和压缩应变下减少。玻恩有效电荷的分析揭示了强烈的异常电荷，Bi $^{3+}$阳离子和Ti $^{4+}$阳离子。
2016-02-01 cond-mat.mtrl-sci
Ferromagnetic polar metals via epitaxial strain: a case study of SrCoO$_3$
本研究通过第一性原理计算发现，实验可行的双轴外延应变可使立方结构的铁磁金属氧化物SrCoO$_3$稳定集体Co极性位移，形成本征铁磁极性金属态，且大于4%的双轴应变可引发其铁磁-反铁磁转变，拓展了外延应变在量子材料调控中的应用。
2024-07-10 cond-mat.mtrl-sci
Ultrathin epitaxial ferroelectric films grown on compressive substrates: Competition between the surface and strain effects
利用平均场Landau型理论分析了生长在不同立方衬底上的外延铁电薄膜的极化特性，这些薄膜在薄膜平面内产生双轴压应力。通过外推长度的概念考虑了薄膜表面对自发极化的本征影响。该理论同时考虑了厚衬底对薄膜晶格施加的失配应变的影响。数值计算进行了PbTiO 3和BaTiO 3薄膜的表面层的极化减少的假设下。薄膜的平均偏振计算为膜厚，温度和失配应变的函数。结果表明，由于薄膜晶格的面内压缩，外延薄膜中的负本征尺寸效应减小。在室温下，平均极化的强烈降低可能只发生在薄膜（厚度~ 1 nm）。理论预测进行了比较与现有的实验数据上生长的SrRuO 3涂层SrTiO 3的钛酸钡薄膜的极化特性。
2001-11-12 cond-mat.mtrl-sci
Above Room Temperature Ferroelectricity in Epitaxially Strained KTaO3
Cornell University（康奈尔大学）；Pennsylvania State University（宾夕法尼亚州立大学）；Williams College（威廉姆斯学院）
通过应变将KTaO3转化为具有室温以上铁电性的四方极性相，展示了其本征铁电态的稳健性。
2026-01-22 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
Study of strain effect on in-plane polarization in epitaxial BiFeO3 thin films using planar electrodes
外延应变是决定钙钛矿型铁电氧化物薄膜物理性能的重要因素。然而，它是非常具有挑战性的直接测量性能，如极化在应变膜使用传统的三明治电容器设备，因为高的泄漏电流。我们采用了一个平面电极装置，沿不同的电场方向的电极之间具有不同的晶体取向，直接测量全应变薄膜的面内极化-电场（P-E）磁滞回线。在高失配应变（例如-4.4%）下，获得纯Tetrogonal类相，并且其偏振矢量被约束在具有显著大的面内分量（~44 μC/cm 2）的（010）平面中。第一性原理计算是并行进行的，并提供了一个很好的协议与实验结果。我们的研究结果铺平了道路，设计基于T型BFO的面内器件，这里提出的策略可以扩展到研究所有其他类似的应变多铁性薄膜。
2012-10-15 cond-mat.mtrl-sci
Direct epitaxial growth of polar (1-x)HfO2-(x)ZrO2 ultra-thin films on Silicon
超薄Hf 1-xZrxO 2薄膜由于其与Si相容的铁电性而引起了人们极大的兴趣。虽然这些相已经在Si上生长为多晶膜，但外延生长仅在非Si衬底上实现。在这里，我们报告直接外延的极性相在Si上使用脉冲激光沉积，通过原位清除原生a-SiOx弹道条件下启用。在Si（111）上，极性菱面体（r）相和体相单斜（m）相共存，前者的体积随Zr含量的增加而增大。通过由界面结晶c-SiO 2层提供的压缩应变，在衬底和膜之间具有直接连接的区域中稳定R相。在a-SiOx再生长的区域中，膜弛豫为体m相。在Si（100）上，我们观察到极性正交的o相与m相共存，在单斜畴的交叉处被不均匀的应变稳定。这项工作提供了基本的洞察力的条件，导致优先稳定的r-，o-和m-阶段。
2019-07-13 cond-mat.mtrl-sci
Low-Symmetry Monoclinic Phases and Polarization Rotation Path Mediated By Epitaxial Strain in Multiferroic BiFeO3 Thin Films
在无铅多铁性BiFeO_3薄膜中观察到了由外延应变驱动的准同型相界，并且应变驱动的相变是等对称的Cc-Cc相变。本文提出在（001）LaAlO_3单晶衬底上外延生长的BiFeO_3相为单斜MC。该MC相不同于在低失配衬底上生长的BiFeO 3薄膜中报道的MA型单斜相，例如SrTiO 3。这不仅证实了同步辐射X射线研究，但也通过piezoresponse力显微镜测量。类四边形相位的偏振矢量位于（100）面，而不是先前报道的（110）面。对MC相的形成进行了唯象分析。这样一个低对称性MC相，其链接到MA相和多相共存打开一个途径，在BiFeO 3薄膜的大压电响应和揭示对可能的极化旋转路径和增强的多铁性BiFeO 3薄膜介导的外延应变的完整理解。这一工作也有助于理解在其他铁电系统中发展新的无铅应变驱动准同型相界。
2010-11-26 cond-mat.mtrl-sci
Computational study of (111) epitaxially strained ferroelectric perovskites BaTiO3 and PbTiO3
用密度泛函理论计算了PbTiO 3和BaTiO 3在（111）外延应变下的相变行为。从+0.015的拉伸应变到-0.015的压缩应变，PbTiO 3经历了从C2到两个Cm再到R3 m的相变。总极化被认为是几乎独立的应变。对于相同的应变范围，BaTiO 3经历从单一Cm相，通过R3 m，然后到R-3 m的相变。在这种情况下，压缩应变的施加抑制并且然后完全抑制向非极性R-3 m相转变时的极化。
2008-08-18 cond-mat.mtrl-sci
Intrinsic spin polarized electronic structure of CrO2 epitaxial film revealed by bulk-sensitive spin-resolved photoemission spectroscopy
我们进行了体敏自旋分辨光电子能谱，以澄清本征自旋分辨电子态的半金属铁磁体CrO2。我们在TiO 2（100）上使用CrO 2外延膜，其显示出在1 eV处具有清晰费米边缘的峰，与CrO 2的体敏感PES光谱一致。在40 K下的自旋分辨光谱中，虽然在自旋向上（多数自旋）状态下观察到费米边缘，但在自旋向下（少数自旋）状态下没有观察到费米能级（EF）处具有低于EF 0.5 eV的能隙的状态。在300 K时，自旋下降状态的间隙关闭。这些结果是一致的电阻率测量和磁滞曲线的制造CrO2薄膜，构成光谱证据的CrO2在低温下的半金属性，并减少在室温下的自旋极化。我们还讨论了Cr 3d的电子相关效应。
2015-05-18 cond-mat.mtrl-sci
First-principles study of epitaxial strain in perovskites
使用由King-Smith和Vanderbilt [Phys. Rev. B { \bf 49}，5828（1994）]开发的第一原理方法的扩展，我们研究了面内外延应变对八种钙钛矿氧化物的基态结构和极化的影响：BaTiO $_3$，SrTiO $_3$，CaTiO $_3$，KNbO $_3$，NaNbO $_3$，PbTiO $_3$，PbZrO $_3$和BaZrO $_3$。此外，我们研究了非零正应力的影响。研究结果对预测钙钛矿氧化物薄膜和超晶格的结构和极化有一定的指导意义。
2005-06-29 cond-mat.mtrl-sci
Engineering Polarization Rotation in Ferroelectric Bismuth Titanate
在这里，我们报告了一个结合的实验-理论研究表明，集体应用稀土掺杂的A-网站和外延应变铁电钛酸铋不会导致一个非常大的c-轴极化，如前所述。进一步的第一性原理计算的基础上检查的极化张量表明，同时Bi和Ti位掺杂可能会导致沿钛酸铋的c-轴，这通常是一个优先轴的薄膜生长，从而使c轴取向的薄膜具有可观的极化适度的极化。这种方法也可以适用于其他铁氧化物，其中可以将掺杂、外延应变和极化相关联以设计材料成分，从而导致沿着产生实质极化的期望方向生长的外延膜。
2013-01-24 cond-mat.mtrl-sci
Epitaxial Phases of BiMnO$_3$ from First Principles
块体BiMnO $_3$是唯一的过渡金属钙钛矿氧化物，是绝缘的，并显示出强铁磁性。如果它也是极性材料，这种独特的行为将使它成为磁电多铁性的有希望的候选者，但是实验已经表明，大块BiMnO $_3$具有非常小的极化（低于0.1~ $μ$ C/cm $^2$），或者最有可能的是，它是顺电的。也有实验证据表明，在SrTiO $_3$上生长的BiMnO $_3$ { \em膜}中的极化可以高达20-$μ$ C/cm $^2$。尽管这些行为的兴趣，作为外延应变的函数的BiMnO $_3$的图仍然在很大程度上未被探索。在这篇文章中，我们用第一性原理预测，无论是在足够的压缩和拉伸外延应变BiMnO $_3$薄膜是铁电巨极化约100~ $μ$ C/cm $^2$。所显示的薄膜相是类似的实验发现的BiFeO $_3$在类似的条件下-在压缩应变，该膜是supertetraxide与一个大的组件的极化指出了平面外，而在拉伸应变的极化点主要在平面内。像在BiFeO $_3$薄膜，这些阶段是反铁磁性--轨道有序负责在BiMnO $_3$的铁磁性是缺乏在极性相。我们的计算还表明，这些BiMnO $_3$膜的带隙的一些是基本上小于间隙通常发现在铁电氧化物，这表明它可能是一个合适的材料用于光伏应用。
2015-03-28 cond-mat.mtrl-sci
Polarization states of polydomain epitaxial Pb(Zr1-xTix)O3 thin films and their dielectric properties
本文用非线性热力学理论研究了多畴（孪晶）单晶Pb（Zr_（1-x）Ti_x）O_3薄膜的铁电和介电性质。计算了组分x = 0.9，0.8，0.7，0.6，0.5和0.4的Pb（Zr_（1-x）Ti_x）O_3（PZT）薄膜的“失配应变-温度”相图，并进行了比较。发现x > 0.7的PZT薄膜的平衡图与PbTiO_3薄膜的平衡图相似。它们仅由四个不同的稳定范围组成，对应于顺电相、单畴四畴铁电相和两种伪四畴模式。相比之下，在x = 0.4，0.5和0.6，平衡图显示了丰富多样的稳定的偏振态，涉及至少一个单斜多畴状态。使用开发的相图，平均出平面极化的极化PZT膜计算作为失配应变和组合物的函数。理论结果与测量的反射极化的PZT薄膜生长在SrTiO 3。还报道了PZT薄膜的面外介电响应对异质结构中失配应变的依赖性。
2004-11-25 cond-mat.mtrl-sci
Phase diagram of Sr$_{1-x}$Ba$_x$MnO$_3$ as a function of chemical doping, epitaxial strain and external pressure
利用\textit{ab initio}计算系统地研究了多铁性$_{1-x}$ Ba $_x$ MnO $_3$（$0 \leq x \leq 1$）相图随化学掺杂、外延应变和外压的变化。我们发现，通过在立方SrMnO $_3$中用Ba替换Sr并施加外延应变，材料可以被调谐到两个多铁性相之间的一阶转变附近，一个反铁磁性相具有较小的极化，一个铁磁性相具有较大的极化。在过渡区附近可以实现巨大的有效磁电耦合和交叉场控制（磁场控制磁性或磁场控制极化）。理论计算的转换点上的交换相关泛函的选择的依赖性被确定，并发现是不可忽略的。我们还表明，钙钛矿结构的BaMnO $_3$可以稳定相对于其六方多晶型在压力大于20 GPa。
2016-10-04 cond-mat.mtrl-sci
Magnetostriction-driven multiferroicity of MnTe and MnTe/ZnTe epitaxial films
在这里，我们表明，MnTe外延薄膜与锌的混合物结构和MnTe/ZnTe多层膜应显示铁电极化在反铁磁（AFM）有序状态，因此属于多铁性。自发铁电极化是由磁致伸缩剪切应变引起的高离子Mn-Te-Mn键弯曲引起的。铁电极化的取向与AFM矢量的取向耦合，因此可以通过施加外部磁场来控制。由于电、磁序参量的钳制，MnTe中的畴结构由两种机制控制：电偶极子产生的退极化场和磁弹性偶极子产生的去应力场。单畴化电场和磁场的大小取决于样品的形状，并随膜厚的增加而减小。磁畴的磁电性质使得可以通过线性和非线性光学方法（克尔效应、二次谐波产生技术）来可视化磁畴结构。
2008-11-13 cond-mat.mtrl-sci
Epitaxial strain control of hole-doping induced phases in a multiferroic Mott insulator Bi2FeCrO6
外延应变已被证明驱动结构相变以及钙钛矿基薄膜中的新功能。A位的异价掺杂可以驱动钙钛矿中的绝缘体到金属和磁性转变以及各种有趣的结构和电子现象。使用第一性原理计算，我们在这里演示，如何耦合外延应变与A-位空穴掺杂的多铁性双钙钛矿，Bi 2FeCrO 6，可能会导致缓解与反位缺陷和降低磁化强度的材料薄膜相关的问题。我们还表明，外延应变可以用来操纵掺杂诱导半金属绝缘体，反极性极性，反铁磁铁磁，轨道有序和电荷有序的转变所产生的空穴状态。我们还预测了具有大磁矩的半金属极性相的形成，这可能具有巨大的基础和技术意义。
2018-07-11 cond-mat.mtrl-sci
Disentangling the ferroelectric phases of epitaxial hafnia
Zernike Institute for Advanced Materials, University of Groningen（格罗宁根大学泽尔尼克高级材料研究所）；The European Synchrotron Radiation Facility (ESRF)（欧洲同步辐射装置）；CogniGron centre, University of Groningen（格罗宁根大学认知科学中心）
研究通过同步辐射掠入射衍射确定 epitaxial hafnia 的两种铁电相，揭示其晶体对称性对功能性质的影响。
2026-04-16 cond-mat.mtrl-sci
Thermodynamic theory of epitaxial ferroelectric thin films with dense domain structures
提出了一个Landau-Ginsburg-Devonshire型非线性唯象理论，该理论能够对外延铁电薄膜中的致密层状多畴态进行热力学描述。该理论明确地考虑到机械基板上的极化和晶格应变在不同的弹性域（双胞胎）的效果。对生长在（001）取向立方衬底上的PbTiO_3和BaTiO_3薄膜进行了数值计算。这些薄膜的“失配应变-温度”相图，显示各种可能的多畴和单畴状态的稳定范围。揭示了多畴外延铁电薄膜的三种类型的极化不稳定性，这些不稳定性可能导致在体晶体中形成新的多畴态。总的介电和压电小信号响应的多畴膜计算，导致从体积和畴壁的贡献。对于钛酸钡薄膜，强介电异常预测在室温下的失配应变的特殊值附近。
2001-02-26 cond-mat.mtrl-sci
Enhanced polarization in strained BaTiO$_3$ from first principles
采用局域密度近似下的密度泛函理论计算了压外延应力下四元BaTiO体材料$_3$的结构、极化和带心声子.使用Berry相位形式主义计算的极化随着四方性的增加而增加，并且发现对于所考虑的最大压缩失配应变（-2.28%），极化增强了近70%。结果预计是有用的分析相干外延BaTiO $_3$薄膜和异质结构生长在钙钛矿衬底具有较小的晶格常数，如SrTiO $_3$。
2002-04-23 cond-mat.mtrl-sci
Lattice Relaxation in Epitaxial BaTiO$_3$ Thin Films
我们利用同步加速器X射线衍射研究了外延BaTiO $_3$（BTO）薄膜中与铁电转变相关的面外晶格驰豫。无论是在压缩应变或拉伸应变，有证据表明两个结构相变作为温度的函数。转变温度$T_C$是应变的强函数，其可以比本体中相应的$T_C$高多达100 K。在压应变下，BTO晶胞的四方性意味着第一铁电相的极化是面外的，而在拉伸应变下，极化是面内的。在较低温度下的转变可以对应于$aa\to r$或$c\to r$转变，遵循Pertsev \textit{et al}的符号。畴的取向与理论预测一致。
2005-11-21 cond-mat.mtrl-sci
Effects of Growth Orientations and Epitaxial Strains on Phase Stability of HfO$_2$ Thin Films
铁电性在纯的和掺杂的$_2$基薄膜中的发现重新激发了将铁电体用于纳米器件应用的兴趣。为了利用这种硅兼容的铁电体，铁电性的起源和更好的方法来控制实现在纳米级的铁电性的基本问题，如需要解决。$_2$基薄膜中出现的强极化被认为是各种外在因素的累积效应，如小晶粒的有限尺寸效应和表面/界面效应、压应力、掺杂剂、氧空位和电场。在HfO $_2$中，相变的动力学效应及其对纳米尺度铁电性出现的潜在影响还没有很好的理解。本工作利用密度泛函理论和变胞轻推弹性带技术，构建了不同晶型的纳米材料之间的跃迁路径。我们发现，过渡势垒强烈地依赖于机械边界条件，从四方相到极性正交相的过渡是一个快速的动力学过程下夹紧。研究了生长取向和外延应变对HfO $_2$各相相对稳定性的影响。两个正交相，极性$Pca2_1$和非极性$Pbca$，在（111）取向的薄膜中在宽范围的外延应变条件下变得结晶稳定。这项工作提出了一个潜在的途径，以更好地稳定铁电相的HfO $_2$薄膜，通过衬底取向工程。
2019-05-11 cond-mat.mtrl-sci
Crafting the strain state in epitaxial thin films: A case study of CoFe2O4 films on Pb(Mg,Nb)O3-PbTiO3
无论是从基础科学的角度还是从应用的角度，都已经广泛地研究了电和磁性质的应变依赖性。通过场致极化旋转（PRO）和极化重取向（PRE）在压电单晶中的机电耦合可以在薄膜/衬底外延异质结构中提供有效应变。然而，PRO和PRE的特定途径是一个复杂的热力学过程，取决于化学组成、温度、电场和机械负荷。本文系统地研究了不同初始相和取向结构的Pb（Mg，Nb）O_3-PbTiO_3单晶的场致相变随温度的变化。不同类型的应变，挥发性/非挥发性和双轴/单轴，已被测量的宏观和原位X射线衍射技术。此外，通过磁各向异性测量研究了外延Mn掺杂CoFe 2 O 4薄膜的应变状态，其中巨磁电耦合已被证明。
2014-07-26 cond-mat.mtrl-sci
Strain in epitaxial MnSi films on Si(111) in the thick film limit studied by polarization-dependent extended x-ray absorption fine structure
利用偏振相关扩展X射线吸收精细结构（EXAFS）研究了Si（111）衬底上外延MnSi薄膜在厚膜极限（100-500 μ m）范围内的应变状态与薄膜厚度的关系。研究的所有薄膜都是纯相的，并且具有高质量，在MnSi和Si之间具有尖锐的界面。所研究的MnSi薄膜的磁转变温度$T_\mathrm{c}$与体相MnSi的磁转变温度相比，具有与厚度无关的提高值$\geq$ 43~K，其中$T_\mathrm{c} \approx 29~{\rm K}$。EXAFS数据的一个详细的改进表明，Mn的位置是不变的，而Si的位置沿面外[111]-方向变化，交替的取向从晶胞到晶胞。因此，对于厚MnSi膜，晶胞体积基本上是大块MnSi -除了在与Si衬底的界面附近（薄膜极限）。鉴于增强的磁转变温度，我们得出结论，仅仅存在的接口，其特定的特性，强烈影响整个MnSi膜的磁性能，甚至远离接口。我们的分析提供了有关MnSi/Si（111）界面局部应变的宝贵信息。所提出的偏振相关EXAFS方法也可以用来研究其他感兴趣的界面的局部结构。
2016-11-23 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
Reduced Coercive Field in Epitaxial Thin Film of Ferroelectric Wurtzite Al0.7Sc0.3N
首次获得了具有明显极化-电场电滞特性的外延纤锌矿铁电薄膜。在W/c-蓝宝石衬底上的这种外延Al 0.7Sc 0.3N膜的矫顽场比在Pt/TiO x/SiO 2/Si衬底上的常规纤维织构膜的矫顽场小0.4 ± 0.3 MV cm-1（8%），这归因于外延膜中的c轴晶格参数小0.01 ± 0.007 MV cm-1。的应变和矫顽场的减少最有可能源于外延应变，而不是在热膨胀系数的失配。这些结果提供了一个洞察力，进一步降低矫顽场的新型纤锌矿铁电体使用外延失配应变。
2021-01-17 cond-mat.mtrl-sci
Epitaxial Graphenes on Silicon Carbide
综述了在SiC晶体六方基面上外延生长石墨烯的材料科学研究进展。结果表明，在Si端SiC（0001）表面上外延生长的石墨烯与在C端SiC（000 - 1）表面上外延生长的石墨烯有很大的不同，并讨论了这些石墨烯的物理结构。描述了每种类型的外延石墨烯的独特的电子结构和输运性质，以及外延石墨烯器件的发展进展。这种材料系统具有丰富的微妙之处，并且在两个极性面上生长的石墨烯在重要方面有所不同，但是在这些外延石墨烯中发现了理想石墨烯的所有显着特征，并且已经实现了多GHz器件的晶圆级制造。
2010-02-04 cond-mat.mtrl-sci
Versatile electronic states in epitaxial thin films of (Sn-Pb-In)Te: from topological crystalline insulator and polar semimetal to superconductor
用分子束外延（MBE）方法成功地生长了（Sn $_{x}$ Pb $_{1-x}$）$_{1-y}$ In $_{y}$ Te外延薄膜，其组成范围较宽（0 $\leq$ x $\leq$ 1，0 $\leq$ y $\leq$ 0.23）。我们通过电输运和光学二次谐波的测量研究了薄膜的电子相位。在该系统中，可以通过调节Pb/Sn比和In组分来控制带隙的反转、打破反转对称性的电极化的强度以及费米能级位置。大量的拓扑电子相有望出现，如拓扑晶体绝缘体，拓扑半金属和超导性。对于具有大Sn组分（x > 0.5）的样品，空穴密度随着In组分（y）的增加而增加，这导致超导电性的出现。另一方面，对于具有小Sn组分（x < 0.5）的那些，In组分的增加降低了空穴密度并且将载流子类型从p型改变为n型。在以（x，y）=（0.16，0.07）为中心的n型载流子被轻微掺杂的窄区域中，显示出具有超过5，000 cm $^{2}$ V $^{-1}$ s $^{-1}$的高迁移率的电荷传输，代表可能的半金属状态。在这些样品中，光学二次谐波产生测量显示沿面外[111]方向的反转对称性破缺，这确保了极性半金属态的存在。具有多种电子态的（Sn $_{x}$ Pb $_{1-x}$）$_{1-y}$ In $_{y}$ Te材料体系的薄膜将成为探索新量子现象的一个有前途的材料平台。
2021-04-19 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
Tailoring a two-dimensional electron gas at the LaAlO3/SrTiO3 (001) interface by epitaxial strain
最近，在绝缘氧化物之间的界面处发现了金属状态，最著名的是LaAlO 3和SrTiO 3。由于二维电子气在纳米电子学中的潜在应用，二维电子气的性质引起了人们极大的兴趣。对2DEG的这种载流子密度和迁移率的控制对于这些新系统的应用是必不可少的，并且可以通过外延应变来实现。然而，尽管氧化物材料的性质，如铁电性，磁性和超导性的应变效应的丰富的性质，在LaAlO 3/SrTiO 3异质界面的2DEG的应变和电性能之间的关系仍然在很大程度上未被探索。在这里，我们使用不同晶格常数的单晶衬底来产生具有受控水平的双轴外延应变的LaAlO 3/SrTiO 3界面。我们已经发现，拉伸应变SrTiO 3破坏导电2DEG，而压缩应变SrTiO 3保留2DEG，但与未应变的LaAlO 3/SrTiO 3界面相比，载流子浓度降低。我们还发现，2DEG形成的临界LaAlO 3覆盖层厚度随SrTiO 3压缩应变而增加。我们的第一性原理计算表明，应变引起的电极化的强度在SrTiO 3层是负责这种行为。它被引导远离界面，因此产生与极性LaAlO 3层相反的负极化电荷。这既增加了LaAlO 3层的临界厚度，又降低了临界厚度以上的载流子浓度，与我们的实验结果一致。我们的研究结果表明，外延应变可以用来定制的LaAlO 3/SrTiO 3异质界面的2DEG属性。
2010-11-17 cond-mat.mtrl-sci
Effect of epitaxial strain on ferroelectric polarization in multiferroic BiFeO3 films
采用脉冲激光沉积法在SrTiO 3（001）衬底上以SrRuO 3为底电极生长了厚度为40 ~ 960 nm的BiFeO 3多铁性外延薄膜。X射线衍射分析表明，随着薄膜厚度的增加，薄膜的结构由c/a ~ 1.04的角畸变四面体转变为c/a ~ 1.01的块状畸变菱面体。尽管有这种显著的结构演变，但如从沿法线方向的测量计算的，沿着扭曲的伪立方晶胞的体对角线的铁电极化几乎没有变化。
2007-12-11 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Interplay of epitaxial strain and rotations in PbTiO$_3$/PbZrO$_3$ superlattices from first principles
我们提出的第一性原理计算的结构相行为的[1：1] \pzta \超晶格和\ptoa \和\pzoa \母体化合物作为一个功能的面内外延应变。一个对称性分析是用来确定的阶段，并澄清它们是如何产生的不同种类的结构扭曲之间的相互作用，包括平面外和平面内的极性模式，氧八面体围绕平面外或平面内的轴旋转，和反极性模式。对称性允许的模间耦合被确定和用于阐明所观察到的相变的性质。对于最小周期[1：1] \pzta \超晶格，我们确定了一个序列的三个转变，发生在平面晶格常数增加。所有四个阶段涉及大量的氧八面体旋转，和反极性失真是重要的高拉伸应变相。包括这些扭曲被发现是至关重要的相边界的准确测定。
2011-10-12 cond-mat.mtrl-sci
Metal-induced gap states in epitaxial organic-insulator/metal interfaces
我们已经表明，在实验和理论上，金属诱导的间隙状态（MIGS）可以存在于外延生长的有机绝缘体/金属界面。实验是针对具有元素选择性近边X射线吸收精细结构（NEXAFS）的烷烃/Cu（001）进行的，其表现出指示MIGS的前峰。{ \it ab initio}电子结构计算支持MIGS的存在。当用Ni代替Cu衬底时，预测界面磁性（在界面处的自旋极化有机晶体）可能具有载流子掺杂。
2004-08-31 cond-mat.mtrl-sci
Growth, Structure and Properties of Epitaxial Thin Films of First Principles Predicted Multiferroic Bi2FeCrO6
报道了用脉冲激光烧蚀法在（100）取向SrTiO 3衬底上外延生长的SrRuO 3上外延生长的Bi 2 FeCr O 6薄膜的结构和物理性质。300 nm厚的薄膜在室温下表现出铁电性和磁性，在Emax = 82 kV/cm时，最大电介质的极化为2.8 microC/cm 2，饱和磁化强度为20 emu/cc（对应于每个菱面体晶胞约0.26玻尔磁子），与矫顽场低于100 Oe。我们的研究结果证实了使用从头计算的Bi 2FeCrO 6中存在的多铁性的预测。
2006-08-07 cond-mat.mtrl-sci
Stabilization of competing ferroelectric phases of HfO$_2$ under epitaxial strain
铪（HfO $_2$）基薄膜由于其强大的铁电性和与硅的集成性而在纳米电子器件中具有很好的应用前景。然而，HfO $_2$具有各种稳定和亚稳定的多晶型物，其具有非常相似的结构和能量。HfO $_2$铁电功能相的确定和稳定是近年来研究的热点。在这项工作中，第一性原理计算（111）取向的HfO $_2$被用来发现，施加在四相平面内的剪切应变诱导非极性相变。这种平面内剪切诱导的极性相被证明是一个已知的亚稳铁电$Pnm2_1$相HfO $_2$的外延变形。有人提出，这种铁电$Pnm2_1$相可以解释最近在（111）取向的HfO $_2$基薄膜中观察到的铁电性[Nature Materials 17，1095-1100（2018）]。对HfO $_2$中的第二功能铁电相的进一步研究可以潜在地改善HfO $_2$基膜在逻辑和存储器件中的性能。
2020-09-26 cond-mat.mtrl-sci
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
Dynamic response of the dielectric and electro-optic properties of epitaxial ferroelectric thin films
本文分析了薄膜铁电体的动态介电和电光弛豫响应。该分析是基于弛豫的铁电畴的尺寸连续分布的逾渗理论。由此产生的时间响应由表达式（t^-m）exp（-（t/tau）^beta）描述。分析应用于KNbO 3薄膜。的偏振，双折射和介电瞬态的测量表明定性协议的模型超过11个数量级的时间。
2002-04-30 cond-mat.mtrl-sci
Observation of inhomogeneous domain nucleation in epitaxial Pb(Zr,Ti)O3 capacitors
利用改进的压电力显微镜研究了Pb（Zr，Ti）O3外延电容器中畴的成核过程。我们获得了极化转换过程中的畴演化图像，观察到畴成核发生在特定的位置。这种不均匀的成核过程应该在开关的早期阶段和在高电场下起重要作用。我们发现，核的数量是线性成正比的日志（切换时间），这表明一个广泛的分布的成核活化能。正偏压的成核位点不同于负偏压的成核位点，表明大多数成核位点位于铁电体/电极界面处。
2007-09-15 cond-mat.mtrl-sci
Coupled nonpolar-polar metal-insulator transition in 1:1 SrCrO$_3$/SrTiO$_3$ superlattices: A first-principles study
利用第一性原理计算，我们确定了1：1 SrCrO $_3$ /SrTiO $_3$超晶格的基态外延应变依赖性。超晶格分层导致费米能级附近的电子状态的显着变化，来自Cr $t_{2g}$轨道。当拉伸应变相对于未应变的立方SrTiO $_3$大于2.2%时，出现绝缘相。的绝缘字符被示出产生从Cr $t_{2g}$轨道排序，这是由一个平面内的极性扭曲，耦合到超晶格d-带，并稳定的外延应变。这种效应可用于设计过渡金属氧化物超晶格中费米能级附近的能带结构。
2015-02-23 cond-mat.mtrl-sci
Tunable polar distortions and magnetism in Gd$_x$La$_{1-x}$PtSb epitaxial films
University of Wisconsin-Madison（威斯康星大学麦迪逊分校）；Rutgers University（罗格斯大学）
通过稀土取代调控Gd$_x$La$_{1-x}$PtSb薄膜的极化弯曲和4f时刻浓度，实现手性自旋纹理和拓扑相的调控。
2024-08-15 cond-mat.mtrl-sci
Tuning the multiferroic mechanisms of TbMnO3 by epitaxial strain
磁电多铁性领域中的当前挑战是识别允许显示不同磁电响应的状态的受控调谐的系统。在这里，我们表明，原型的多铁性TbMnO 3的多铁性基态的外延应变显着修改。中子衍射结果表明，在高应变薄膜中，磁序从体块状的无公度bc-旋轮结构转变为公度磁序。伴随着磁基态的改变，光学二次谐波产生（SHG）和电学测量表明铁电极化的巨大增加，并且其方向从沿c轴到a轴的变化。我们的研究结果表明，多铁性的急剧变化的结果从开关的自旋电流磁电耦合在体TbMnO 3的对称磁致伸缩外延应变TbMnO 3。实验结果表明，外延应变可以用来控制单相自旋驱动的多铁性态。
2017-03-25 cond-mat.mtrl-sci
Epitaxial-strain-induced multiferroicity in SrMnO$_{3}$ from first principles
第一性原理密度泛函计算揭示了立方SrMnO $_{3}$中大的自旋-声子耦合，铁磁有序产生极性不稳定性。通过这种耦合与钙钛矿的应变-极化耦合特性的组合，体反铁磁顺电基态SrMnO $_3$示出被驱动到以前未报道的多铁性铁电-铁磁状态，通过增加外延应变，拉伸和压缩。这种状态具有计算的极化和估计的居里温度高于54 $μ$ C/cm $^2$和92 K。预测在相界附近的大的混合的磁-电-弹性响应。
2009-12-21 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Electronic structure and magnetic properties of epitaxial FeRh(001) ultra-thin films on W(100)
用价带和芯能级光电子能谱研究了在W（100）单晶衬底上{ \it in situ}外延生长的FeRh（100）薄膜（CsCl结构，$\sim 10\ ML\ $厚）。通过Fe 3 $p$能级光电子发射的线性二色性，证实了薄膜中存在温度诱导的一阶反铁磁到铁磁（AF $\rightarrow$ FM）转变.核心水平的光谱表明一个大的时刻的Fe原子，几乎不变的FM和AF阶段。从价带谱判断，在电子结构没有实质性改变的情况下发生了变磁跃迁。在FM阶段，自旋分辨光谱比较令人满意的自旋极化体能带结构的计算。
2011-04-27 cond-mat.mtrl-sci
