Bulk magnetoelectricity in the hexagonal manganites and ferrites
在六方晶系锰氧化物RMnO $_3$中，不适当的铁电性（三聚）导致耦合结构和磁涡旋的网络，其诱导畴壁磁电性和磁化，然而，两者都不发生在体中。在这里，我们结合了第一性原理计算，群论技术，和微观自旋模型，以显示如何三聚不仅诱导极化，而且体磁化和体磁电（ME）效应。这导致存在体线性ME涡旋结构或体ME耦合，使得如果极化方向反转，则磁化也反转。为了测量预测的ME涡旋，我们建议在大磁场下使用RMnO $_3$。我们建议一个家庭的材料，六方RFEO $_3$铁氧体，也显示在其基态的预测现象。
2013-08-01 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
An Effective Model of Magnetoelectricity in Multiferroics $RMn_2O_5$
本文提出了一个有效的模型$RMn_2O_5$来解释多铁性材料的相图和磁电耦合机制。我们表明，在$RMn_2O_5$的磁电耦合的性质是两个伊辛型订单之间的耦合，即，铁电秩序在b轴，和两个阻挫反铁磁链之间的耦合磁秩序。受抑的磁结构驱动系统到一个无公度的相变，这可以被理解为一个共线或共面之间的竞争秩序源于“秩序无序”机制和手征对称性秩序。计算了低能激励，分析了外加磁场对低能激励的影响。预测了在无公度相的电磁振子谱的独特特征。
2007-03-19 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Inversion of ferrimagnetic magnetization by ferroelectric switching via a novel magnetoelectric coupling
尽管已经广泛地研究了几种多铁性材料/异质结构，但是找到用于磁化的电场控制的强磁电耦合仍然具有挑战性。在这里，一种新的界面磁电耦合的基础上的三个组件（铁电偶极子，磁矩，反铁磁秩序）解析制定。作为载流子介导的磁电效应的一种延伸，这种新的耦合被证明可以引起电-磁磁滞回线。提出了采用沿[ $111$ ]轴生长的BiFeO $_3$双层的实现。在不涉及磁相变的情况下，磁化取向可以通过由场效应驱动的载波调制来切换，如使用第一性原理计算所确认的。
2016-06-23 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Giant electroresistance and tunable magnetoelectricity in a multiferroic junction
第一性原理密度泛函计算表明，具有非对称界面的$\textrm{SrRuO}_{3}/\textrm{PbTiO}_{3}/\textrm{SrRuO}_{3}$多铁性结（RuO $_{2}$ /PbO和TiO $_{2}$ /SrO）具有较大的铁电去极化场，其开关改变了隧穿电子的界面传输几率，导致电阻调制超过几个数量级.开关进一步影响界面自旋密度，自然地驱动磁阻以及调制的自旋相关面内电阻率，这可以在场效应器件中利用。
2013-11-15 cond-mat.mtrl-sci
Unveiling hidden ferrimagnetism and giant magnetoelectricity in polar magnet Fe2Mo3O8
磁电效应在小功率电子器件中具有重要的应用价值，最大的磁电系数通常与磁有序诱导铁电性的相变有关。不幸的是，在这些系统中，大ME响应显示只有在精心极化程序。在极性磁体的单极畴晶体中，这些程序可能变得不必要。本文报道了在60 K温度下，极性磁铁Fe_2 Mo_3 O_8中的巨磁效应，极化跃变为0.3 μC/cm ~ 2，铁电磁矩和磁矩的相互控制达到了10 $^4$ ps/m量级。ME系数的符号可以通过改变所施加的“偏置”磁场来切换。所观察到的效果与一个隐藏的亚铁磁秩序揭示的应用程序的磁场。
2015-07-24 cond-mat.mtrl-sci
Magnetic inversion symmetry breaking and ferroelectricity in TbMnO3
TbMnO_3是一种正交晶系的绝缘体，在温度T_N < 41K时的无公度自旋有序伴随着T < 28K时的铁电有序。为了理解这一点，我们使用中子衍射建立铁电转变上方和下方的磁性结构。在顺电相，自旋结构是无公度的，并且是自旋调制的。然而，在铁电相中，存在横向的无公度螺旋。我们发现，螺旋打破空间反演对称性，可以占TbMnO 3的磁电。
2005-06-23 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Hybrid Improper Ferroelectricity: A Mechanism for Controllable Magnetization-Polarization Coupling
对层状钙钛矿结构的Ca $_3$ Mn $_2$ O $_7$进行了第一性原理计算。结果揭示了一组丰富的耦合结构，磁性和极性域，其中氧八面体旋转诱导铁电性，磁电性和弱铁磁性。关键是旋转畸变是两个具有不同对称性的非极性模式的组合。我们使用“混合”不适当的铁电性来描述这种现象，并讨论如何控制磁性是通过这些功能antiferrotortigative八面体旋转。
2010-12-20 cond-mat.mtrl-sci
Nanoscale ferroelectric manipulation of magnetic flux quanta
利用大极化铁电体（BiFeO 3）和高温超导体（YBa 2 Cu 3 O 7-δ）的异质结构，我们证明了铁电场效应对超导凝聚体的纳米尺度调制。通过这种机制，可以在超导体中创建模仿铁电畴结构的正常区域的纳米级图案。这产生了磁通量量子的能量景观，并进而将局部铁电极化耦合到局部磁感应。我们表明，这种形式的磁电耦合，连同可逆设计的铁电畴结构的可能性，允许静电操纵的磁通量量子。
2011-09-08 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Ferroelectric switchable altermagnetic-like compensated ferrimagnets with charge ordering
Key Laboratory of Quantum Materials and Devices of Ministry of Education, School of Physics, Southeast University（量子材料与器件教育部重点实验室，物理学院，东南大学）
该研究设计出兼具铁电性与电荷有序的新型磁体，预测Fe$_3$O$_5$单层可实现电场可控的混合自旋分裂，兼具高自旋极化率与零磁化强度，为新型自旋电子材料提供了新思路。
2026-07-30 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Multiferroic materials and magnetoelectric physics: symmetry, entanglement, excitation, and topology
多铁性是指具有一个以上铁性序的材料，而磁电性是指磁性和电性之间的相互耦合。多铁性学科在21世纪的头十年里空前活跃，已成为凝聚态物理和材料科学的热门学科之一。在过去的十年中，一系列里程碑式的进展使我们对多铁性物理的理解变得更加全面和深刻，这进一步推动了这一令人兴奋的领域的研究前沿。随着更多的多铁性材料的出现和磁电性能的提高，其应用越来越近。虽然有关于2010年之前主要进展的开创性审查文章，但必须更新审查报告，介绍2010年以来取得的新成就。本文简要介绍了多铁性和磁电性的基本知识，总结了近六年来多铁性，特别是磁电性及其相关物理的重要研究活动。我们不仅考虑单相多铁性，而且考虑多铁性异质结构。我们解决有关磁电耦合的物理机制，使这个不同的学科的骨干可以突出。一系列关于晶格对称性，磁有序，铁电产生，电磁子激发，多铁性畴结构和畴壁动力学，以及多铁性异质结构中的界面耦合的问题，将在一个更新的物理框架中重新讨论。此外，一些新兴的现象和相关的物理，包括磁skyrmions和一般的拓扑结构与磁电将被讨论。
2016-01-16 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Magnetic phase transition induced ferroelectric polarization in BaFeF4 with room temperature weak ferromagnetism
BaMF_4（M=Fe，Co，Ni，Mn）是典型的多铁性材料，在液氮温度附近具有反铁磁性。本文采用固相反应法制备了BaFeF_4多晶材料。Fe的轻微缺乏导致+2价和+3价共存，有利于电子通过中间的F-离子在相邻的Fe 2+和Fe 3+离子之间跳跃，导致在室温以上具有弱铁磁性的强双交换相互作用。在约170 K的零场冷却和场冷却的温度依赖的磁化曲线之间的分叉指示的2维反铁磁性的开始，这是完成在约125 K的突然下降的磁化。尽管I型多铁性的事实，其磁电性可以通过热释电电流来证明，热释电电流在约170 K处开始并在约125 K处结束。在90 kOe的磁场作用下，铁电材料的饱和极化变化可由反向极化电场切换到30 μC/m2左右。这种磁电性可以通过第一性原理计算来定性地再现。我们的研究结果代表了在铁电氟化物中寻找高温多铁性的实质性进展。
2022-04-21 cond-mat.mtrl-sci
Type-II multiferroic Hf$_{2}$VC$_{2}$F$_{2}$ MXene monolayer with high transition temperature
实现多铁性二维（2D）材料应该能够在纳米器件中实现许多功能。然而，到目前为止，预测的二维多铁性是非常少的，共存的，但只有松散耦合（I型）的铁电性和磁性。在此，鉴定了II型多铁性MXene Hf $_{2}$ VC $_{2}$ F $_{2}$单层，其中铁电性直接源自其磁性。非共线的Y型自旋序产生垂直于自旋螺旋平面的极化。值得注意的是，多铁性转变估计发生在室温以上。我们的研究应该打开大门，一个新的分支的二维材料的追求内在的强磁电。
2019-07-10 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Moiré-Induced Magnetoelectricity in Twisted Bilayer NiI2
本文利用 SpinGNN++ 构建自旋-晶格耦合 ML 势，模拟扭转双层 NiI2，揭示结构弛豫与自旋机制协同产生莫尔尺度磁电拓扑及可调多铁响应。
2025-07-23 cond-mat.mtrl-sci
Nanoscale reversal of stable room temperature ferroelectric polarization in organic croconic acid thin films
在2010年发现，在有机铁电体中，晶体形式的克酮酸具有最高的极化。在从电子设备中消除有毒物质的背景下，克酮酸作为可升华的无铅铁电体具有很大的潜力。然而，其薄膜的铁电性能的研究仅处于早期阶段，其在纳米器件中的能力是未知的。在这项工作中，我们证明，在纳米铁电开关，稳定和持久的室温极化，没有泄漏电流的克酮酸薄膜。因此，我们表明，它是一个很有前途的无铅有机铁电集成在纳米器件。具有挑战性的开关电流和极化反转表征在纳米级的压电响应力显微镜，极化开关电流谱和并发机电应变响应的独特组合。事实上，这种组合可以帮助合理化，否则不对称的极化电压数据和失真的滞后，由于低于背景噪声的电流跳跃，这是统计上洗掉宏结，但在纳米尺度变得普遍。这些结果是有效的，无论铁电体的性质，有机或无机。除了克酮酸作为生态铁电材料在器件中的潜力之外，我们对清晰的纳米级极化开关电流的检测为纳米级极化反转机制的基本理解和技术应用铺平了道路。
2021-04-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Linear magnetoelectricity at room temperature in perovskite superlattices by design
发现在室温下显示线性磁电效应的材料是一个挑战。这种材料可以促进基于磁场电场控制的新型设备。在这里，我们提出了简单的、化学上直观的设计规则，以基于$Pnma$铁氧体钙钛矿的“双色”分层来识别一类新的体磁电材料，例如，LaFeO $_3$ / LnFeO $_3$超晶格，其中Ln =镧系元素阳离子。我们使用第一性原理密度泛函理论计算来证实这些想法。此外，我们阐明了这种效果的起源，并表明它是一个一般的后果，分层的任何双色，$Pnma$钙钛矿超晶格中的组成层的数量是奇数（导致一种形式的混合不适当的铁电性）和古迪纳夫- Kanamori规则。在这里，极性扭曲诱导弱铁磁性和线性磁电效应。我们的计算表明，该效应的大小是2-3倍，观察到的原型磁电材料，铬$_2$ O $_3$。我们使用一个简单的平均场模型表明，所考虑的材料在室温以上的磁性顺序。
2014-06-20 cond-mat.mtrl-sci
Harnessing the giant out-of-plane Rashba effect and the nanoscale persistent spin helix via ferroelectricity in SnTe thin films
非中心对称块状晶体内部的非零电场转变为动量相关的磁场，即自旋轨道场（SOF）。SOFs在自旋电子学中有很大的用途，因为它们能够通过电场进行自旋操纵。然而，与此同时，自旋电子学的应用受到SOF的严重限制，因为穿过SOF的电子很容易失去它们的自旋信息。在这里，我们建议，在（001）取向的SnTe薄膜的面内铁电性利用Janus面SOF在一个可调和的方式，使电自旋可控性和抑制自旋退相。面内铁电性产生单向的面外Rashba SOF，其可以具有长寿命的螺旋自旋模式，称为持久自旋螺旋（PSH）。通过反转不对称性和SOF之间的直接耦合，铁电开关反转面外Rashba SOF，从而产生最大场可调谐PSH。此外，在SnTe薄膜中看到的巨大的面外Rashba SOF与纳米尺寸的PSH相关，潜在地将自旋电子器件尺寸减小到纳米级。我们结合两个铁电耦合的自由度，纵向电荷和横向PSH，设计交叉电自旋电子晶体管的非易失性铁电开关在纳米尺度的横向和原子厚度的垂直尺寸。
2018-01-08 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Long-Range Spin-Orbit-Coupled Magnetoelectricity in Type-II Multiferroic NiI$_2$
本文通过广义自旋电流模型、第一性原理计算和紧束缚方法，揭示了NiI₂中长程磁电耦合源于第三近邻自旋-轨道耦合及强eg-p跳跃，并预测了Bloch型斯格明子晶格，为设计强磁电多铁材料提供指导。
2025-02-25 cond-mat.mtrl-sci
Ferroelectric or non-ferroelectric: why so many materials exhibit ferroelectricity on the nanoscale
半个多世纪以来，铁电材料一直是凝聚态物理和材料科学的研究热点之一。在过去的20年里，电压调制扫描探针显微镜技术的发展，例如压电响应力显微镜（PFM）和相关的时间和电压光谱，开辟了一条途径，探索这些材料在一位数的纳米水平。因此，畴结构，壁和极化动力学现在可以在真实空间中成像。更一般地说，PFM允许研究从离子到生物系统的各种材料中的机电耦合。也可以预期，最近的诺贝尔奖在分子机电机器将导致快速增长的兴趣在PFM作为一种方法来探测其行为的单个设备和设备组装水平。然而，PFM的广泛引入也导致了越来越多的关于几乎无处不在的铁电现象的报道，包括在大块非铁电材料中的剩余极性状态和机电磁滞回线，或者在尺寸效应预计会抑制铁电性的情况下。虽然在某些情况下，可以提出合理的物理机制，但无论材料系统如何，观察到的行为都有显着的相似性。在这篇综述中，我们总结了PFM的基本原理，简要讨论了铁电表面的特点突出的PFM成像和光谱学，并总结了现有的报告在非经典铁电材料的铁电响应。我们进一步讨论了观察到的行为背后的可能机制，以及可能的实验策略来识别它们。
2017-01-04 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Room Temperature Nanoscale Ferroelectricity in Magnetoelectric GaFeO3 Epitaxial Thin Films
我们展示了室温铁电性的磁电GaFeO 3的外延薄膜。压电力的测量结果表明，180度相移的piezoresponse开关时的电场表示纳米级铁电性外延薄膜的镓铁氧体。此外，在存在和不存在外部磁场的情况下的温度相关阻抗分析清楚地揭示了跨磁转变温度的显著磁介电效应。此外，我们的第一性原理计算表明，铁离子不仅负责亚铁磁性，如前所述，但也引起了所观察到的铁电性，使GFO一个独特的单相多铁性。
2013-07-31 cond-mat.mtrl-sci
Nanoscale Bandgap Tuning across an Inhomogeneous Ferroelectric Interface
我们报告纳米级的带隙工程通过一个局部应变的非均匀的铁电界面，这是由可见光激发的探测电压控制。研究了开关光伏效应和光电流的光谱响应，以说明可逆的带隙变化（~0.3eV）。这种局部应变工程的带隙已进一步揭示了原位探针电压辅助价电子能量损失谱（EELS）。相场模拟和第一性原理计算也被用于说明大的局部应变和带隙变化的铁电钙钛矿氧化物。这种可逆的带隙调谐在复杂的氧化物演示了一个框架的理解opticallyrelated行为（光伏，光电发射，光催化剂效应）的影响序参量，如电荷，轨道和晶格参数。
2017-09-26 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Exploring Nanoscale Ferroelectricity in Doped Hafnium Oxide by Interferometric Piezoresponse Force Microscopy
基于氧化铪（HfO 2）的铁电体由于其与传统硅CMOS技术的兼容性、高可切换极化、良好的耐久性和厚度可扩展性而为存储器和逻辑器件提供了显著的前景。这些因素导致在过去几年中对这类材料的研究急剧上升。与此同时，只有少数报告的直接传感纳米铁电性能存在，许多问题仍然存在关于这些材料中的铁电性的出现。虽然压电响应力显微镜（PFM）非常适合探测纳米尺度上的压电和铁电性，但众所周知，它会受到人为因素的影响，使结果的定量解释复杂化，甚至可能导致非铁电材料中的铁电性。在本文中，我们探讨了使用一种改进的PFM方法的基础上干涉位移传感（IDS）的裸硅掺杂HfO 2纳米铁电性研究的可能性。我们的研究结果表明，在本地的各种HfO 2微晶的残余状态与报告值的压电耦合在0.6-1.5 pm/V的范围内的一个明显的差异。此外，我们报告不寻常的铁电极化开关，包括可能的贡献，从电致伸缩和Vegard效应，这可能表明氧空位或界面效应的影响出现的纳米级铁电性HfO 2。
2020-04-28 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Subcritical switching dynamics and humidity effects in nanoscale studies of domain growth in ferroelectric thin films
利用偏压扫描探针显微镜研究了c轴取向外延Pb（Zr $_{0.2}$ Ti $_{0.8}$）O $_3$薄膜的铁电畴反转。虽然线性和对数依赖的域大小的尖端偏置和写入时间，分别是众所周知的，我们报告了一个额外的线性依赖相对湿度在28-65%的范围内。我们映射出的开关域的大小作为一个函数的尖端偏置和施加的脉冲时间，并描述了一个生长限制制度非常短的脉冲和成核限制制度非常低的尖端偏置。使用“中断开关”的测量，我们探测的成核制度与亚临界脉冲，并确定了一个令人惊讶的长弛豫时间的顺序为100毫秒，我们涉及到离子的重新分配的表面上和薄膜本身内。
2015-01-12 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Nanoscale Non-Destructive Ferroelectric Characterization with Non-Contact Heterodyne Electrostrain Force Microscopy
从真实空间中观察纳米尺度的铁电现象对于揭示铁电物理具有重要意义。在过去的几十年里，纳米铁电体的表征主要依靠压电响应力显微镜（PFM），然而PFM的基本局限性使得纳米铁电体的研究遇到了重大的瓶颈。本文首先介绍了一种高分辨率的非接触式铁电测量技术--非接触式外差电应变力显微镜（NC-HEsFM）。它已被明确证明，NC-HEsFM可以操作多个本征模式，以执行理想的高分辨率铁电畴映射，标准的铁电磁滞回线测量和可控的域操作。采用石英音叉（QTF）传感器和外差探测技术，NC-HEsFM在实现真正的非接触、无损铁电表征方面表现出前所未有的能力，且静电力效应可以忽略不计。据信，NC-HEsFM可以广泛地用于各种铁电或压电研究，提供显著改善的表征性能。同时，基于QTF的力检测使得NC-HEsFM高度兼容高真空和低温环境，为实现超高空间分辨率以研究最本质的铁电现象提供了理想的条件。
2021-05-07 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Interface-Controlled Ferroelectricity at the Nanoscale
最近的实验结果表明，在薄膜中，铁电性持续到几个晶胞的膜厚度。这一发现为基于超薄铁电体的新型电子器件开辟了一条道路，但也提出了有关控制铁电性的因素和纳米级铁电状态的性质的问题。在这里，我们报告的第一性原理研究KNbO 3铁电薄膜放置在两个金属电极，无论是SrRuO 3或Pt。我们发现，铁电-金属界面的键合对原子的位移施加了严格的约束，破坏了铁电薄膜中的体四极软模。然而，这并不消除局部极化。如果界面键合足够强，则基态表示由两个界面处的本征相反取向的偶极矩驱动的铁电双畴结构。虽然KNbO 3膜的净极化的临界厚度是有限的-对于Pt约为1 nm，对于SrRuO 3电极约为1.8 nm-局部极化持续到单位电池的厚度。
2005-10-21 cond-mat.mtrl-sci
New iron-based multiferroics with improper ferroelectricity
在这篇关于磁电材料及其应用的特刊中，我们着重介绍了作者近年来在理论上预测和/或实验上发现的一些单相多铁性材料。在这些材料中，铁是常见的核心元素。然而，这些材料在概念上不同于大多数研究的BiFeO $_3$，因为它们的铁电性是不合适的。我们综述的材料并不是简单地重复一种磁电机制，而是涵盖了反常铁电性的多个分支，包括磁驱动铁电体、几何铁电体以及电荷有序驱动的电子铁电体。从这个意义上说，这些铁基反常铁电体可以成为探索多铁性和磁电性综合物理学的一个有趣的游乐场。此外，铁的$3d$轨道的独特性质使其某些磁电性质与广泛研究的Mn基反常多铁性相比非常突出。此外，这些材料建立了多铁性材料与其他功能材料领域的交叉，扩大了多铁性材料的应用范围。
2018-04-30 cond-mat.mtrl-sci
Depolarizing-Field Effect in Strained Nanoscale Ferroelectric Capacitors and Tunnel Junctions
利用非线性热力学理论研究了退极化场对铁电电容器和隧道结中均匀极化的大小和稳定性的影响。据预测，在涉及应变外延膜和金属电极的异质结构中，均匀的极化状态可以保持稳定，对顺电相和多畴状态下到纳米级的转换。这一结果支持的可能性去极化场相关的电阻开关在铁电隧道结与不同的电极。在这样的结的电阻开/关比示出由在电极中的屏蔽空间电荷的倒易电容之间的差异。
2006-11-08 cond-mat.mtrl-sci
Orbital degrees of freedom as origin of magnetoelectric coupling in magnetite
对磁电性的微观理解，即磁（电）性质和外部电（磁）场之间的耦合，是未来几代电控自旋电子器件的重要里程碑。在这里，我们关注人类已知的第一个磁电：磁铁矿。通过基于唯象朗道理论和密度泛函模拟的联合方法，我们发现非中心对称Cc结构中电荷/轨道有序Fe 3 O 4的磁电性是由特殊的轨道有序和现场自旋轨道耦合之间的相互作用驱动的.与现有实验的良好协议证实了我们的理论图片，指向磁铁矿作为一个新的类别的磁电的原型，铁电极化可以通过磁场诱导，调谐或切换。
2010-10-07 cond-mat.mtrl-sci
Nanoscale Electric Phenomena at Oxide Surfaces and Interfaces by Scanning Probe Microscopy
扫描探针显微镜用于研究和量化两类氧化物系统中的纳米级电学现象，即电活性晶界处的输运和铁电材料的表面行为。结合传统SPM的空间分辨率和常规电学测量的精度，发展了扫描阻抗显微镜（SEM）来研究界面的电容和局部C-V特性。SPM的SrTiO 3晶界结合变温阻抗谱和I-V测量允许找到和理论上证明电场抑制钛酸锶中的电活性界面附近的介电常数的影响。类似的方法被用来研究铁电性能和交流和直流输运行为在一些多晶氧化物。第二部分研究了局域电荷密度对铁电表面化学和物理性质的影响。用变温SPM法测定了吸附的动力学和热力学参数。压电响应力显微镜用于铁电表面上的畴图案的工程。铁电表面的局域光化学活性是一种新的制备金属纳米结构的工具。
2002-09-25 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Architecture of nanoscale ferroelectric domains in GaMo4S8
铁电畴结构和辅助体热释电测量的局部探针成像进行了在低温下，目的是澄清的轨道驱动的相变在GaMo 4 S8，一个空洞的尖晶石晶体，可以被看作是其GaV 4 S8对应的自旋孔模拟的基本方面。我们采用多重扫描探针技术结合对称性和机械相容性分析，揭示了层次域结构，发展在10-100 nm的规模。所确定的域架构涉及过多的铁电域边界和结，包括电中性和带电配置的初级和次级域壁，以及将中性次级壁转化为两个相反带电的拓扑线缺陷。
2021-01-11 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Magnetic fingerprint of interfacial coupling between CoFe and nanoscale ferroelectric domain walls
铁磁体/多铁性系统中的磁电耦合通常表现为交换偏置效应，其可能具有来自多个源的组合贡献，例如畴壁、化学缺陷或应变。在这项研究中，我们磁性“指纹”的耦合行为的CoFe外延BiFeO 3（BFO）薄膜上生长的磁力计和一阶反转曲线（FORC）。通过FORC分布，阐明了71°、109°和带电铁电畴壁对交换偏置的贡献。在71° DW的BFO上生长的CoFe样品仅表现出矫顽磁力的增强，但交换偏置很小。在具有109° DW和镶嵌DW的BFO上生长的样品表现出大得多的交换偏置，其中主要增强归因于109°和带电DW。基于Malozemoff随机场模型，提出了一个各向异性模型来解释交换偏置增强。这一工作揭示了CoFe/BFO异质界面的交换偏置效应与铁电DW之间的关系，为多铁性器件的分析和设计提供了一条途径。
2016-08-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Tunneling electroresistance effect in ferroelectric tunnel junctions at the nanoscale
铁电材料的稳定和可切换的极化开启了电控制其功能行为的可能性。一种特别有前途的方法是采用铁电隧道结，其中铁电势垒中的极化反转改变穿过结的隧穿电流。在这里，我们证明了可重复的隧道电阻效应，使用压电响应力显微镜（PFM）和导电原子力显微镜（C-AFM）的纳米厚的外延钛酸钡单晶薄膜SrRuO 3底部电极上的技术相结合。铁电和电子输运性质之间的相关性建立了直接纳米尺度可视化和控制的极化和隧道电流在钛酸钡薄膜。所获得的结果示出了在室温下在20 nm的横向尺度上极化反转时电阻的变化约两个数量级。这些结果是有前途的采用铁电隧道结在非易失性存储器和逻辑器件，不涉及作为状态变量的电荷。
2009-06-08 cond-mat.mtrl-sci
Domain wall roughness and creep in nanoscale crystalline ferroelectric polymers
我们报告压电响应力显微镜研究的静态和动态性能的畴壁（DW）在11至36 nm厚的薄膜的结晶铁电聚（偏氟乙烯-三氟乙烯）。DW粗糙度指数ζ的范围为0.39至0.48，DW蠕变指数μ的范围为0.20至0.28，揭示了意想不到的有效维度约为1.5，与薄膜厚度无关。我们的研究结果表明，主要是2D铁电性的层状聚合物，我们属性的分形维数DW去粗糙化由于面内和面外极化之间的相关性，可以利用这种效应，以实现高的横向域密度开发纳米铁电性为基础的应用。
2013-08-31 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci
Reversible nanoscale patterning of WTe$_2$ with a scanning tunneling microscope
Harvard University（哈佛大学）；University of Zurich（苏黎世大学）；Universitat de València（瓦伦西亚大学）；University of Geneva（日内瓦大学）
研究通过扫描隧道显微镜电流脉冲在WTe₂表面实现可逆纳米级图案化，揭示了原子位移对铁电性及Peierls畸变的影响。
2026-05-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Monoclinic symmetry at the nanoscale in lead-free ferroelectric BaZr$_{x}$Ti$_{1-x}$O$_{3}$ ceramics
局部结构对称性在铁电材料的功能中起着关键作用，并且经常被发现不同于平均对称性。在这里，我们研究了真正的空间纳米结构的无铅BaZr $_{x}$ Ti $_{1-x}$ O $_{3}$（x $\leq$ 0.10）的对分布函数测量，补充透射电子显微镜和X射线衍射。我们的观察结果表明存在的菱面体扭曲的晶胞，然而，在中间的长度尺度，至少高达5纳米，存在纳米尺度的单斜对称的相关区域。这是由弯曲的挫折纳米畴的观察补充。此外，平均结构被发现有共存的单斜和菱面体对称性。我们观察到的两相铁电状态是在对比传统的多晶型相界的不稳定性掺杂钛酸钡$_{3}$。
2022-05-12 cond-mat.mtrl-sci
Comment on ``Elastic Stabilization of a Single-Domain Ferroelectric State in Nanoscale Capacitors and Tunnel Junctions" [N.A. Pertsev and H. Kohlstedt, Phys. Rev. Lett. 98, 257603 (2007).]
在最近的一封信中[N. A. Pertsev和H. Kohlstedt，Phys. Rev. Lett. 98，257603（2007）]作者声称“甚至纳米级电容器和隧道结也可以具有足以用于存储器应用的面外极化。“在这里，我们以一种基本的方式表明，这个结论并没有被他们的计算所证实，他们应该在他们的近似值中得出相反的结论。
2007-09-27 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.stat-mech
Nanoscale polarization manipulation and imaging in ferroelectric Langmuir-Blodgett polymer films
由于人们对凝聚态系统中自发有序的基本性质的浓厚兴趣，以及铁电薄膜在机电换能器、红外成像传感器和非易失性随机存取存储器等方面的许多实际应用，纳米尺度下的铁电性行为是日益增长的研究活动的焦点。铁电性，与其同名的铁磁性类似，是一些晶体系统在没有外部电场的情况下保持永久但可逆的电极化的性质。在纳米尺度下的压电响应的成像和动力学可能是探测极化的最直接的手段，如已经在许多薄膜和纳米结构中证明的。在这里，我们报告使用piezoresponse力显微镜（PFM）和开关光谱PFM（SSPFM）图像的铁电性能，畴结构，和极化开关的铁电Langmuir-Blodgett膜的聚（偏氟乙烯-三氟乙烯）（P（VDF-TrFE））共聚物。P（VDF-TrFE）薄膜的PFM成像显示铁电畴尺寸在25-50 nm的量级，并且成像分辨率低于5 nm。地形和PFM图像的特征尺寸是可比的，并且均匀偏振区域的边界与地形特征一致。任意偏振模式可以重复写入和擦除，写入分辨率受晶粒尺寸的限制。来自各个畴的磁滞回线显示出明显的矫顽电压，但在+/-10 V振幅下没有很好地饱和。
2006-11-21 cond-mat.mtrl-sci
Piezoelectricity in the dielectric component of nanoscale dielectric/ferroelectric superlattices
复合氧化物超晶格的功能性质的起源可以使用时间分辨同步加速器X射线衍射来解决，以从组成重复单元的组分层的贡献。CaTiO 3/BaTiO 3超晶格的CaTiO 3层对施加的电场具有压电响应，这与整个超晶格的大的连续极化一致。在大的应变，54 pm/V的整体压电系数，同意与第一原理的预测，其中的钛酸锶基板上施加的超晶格的tetrahetron对称性。
2010-05-09 cond-mat.mtrl-sci
Nanoscale ferroelectric programming of van der Waals heterostructures
Carnegie Mellon University（卡内基梅隆大学）；University of Pittsburgh（匹兹堡大学）；The Pennsylvania State University（宾夕法尼亚州立大学）
通过纳米尺度铁电编程范德瓦尔异质结构，实现对二维材料相的精确操控，开启新相创造路径。
2024-07-17 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Ptychographic nanoscale imaging of the magnetoelectric coupling in freestanding BiFeO$_3$
本文利用软X射线叠层衍射成像技术对80 nm自由站立BiFeO$_3$薄膜进行纳米尺度成像，同时分辨铁电畴和64 nm周期反铁磁自旋回旋结构，直接可视化其强磁电耦合及畴结构。
2024-06-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Direct Observation of Polarization vs. Thickness Relation in Ultra-Thin Ferroelectric Films
超薄铁电薄膜中极化的降低似乎是纳米级铁电性的基础。对于模型系统PbTiO 3的SrTiO 3，我们报告观察的极化与厚度的关系。从X射线衍射和总能量计算得到的铁电畴的明显的周期性变化揭示了在临界厚度~12 nm以下的极化的线性降低。独立的极化和四方性测量提供了深入了解纳米铁电体中极化和四方性之间的基本关系。
2007-04-19 cond-mat.mtrl-sci
Nanoscale Engineering of Wurtzite Ferroelectrics: Unveiling Phase Transition and Ferroelectric Switching in ScAlN Nanowires
该研究首次系统考察全 Sc 组成范围的 ScAlN 纳米线相变，发现界面可稳定高 Sc 含量的有序纤锌矿相，并首次证实其铁电开关。
2024-08-05 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Enhanced piezoelectric response at nanoscale vortex structures in ferroelectrics
本研究结合原位X射线布拉格相干衍射成像与第一性原理分子动力学，发现纯BaTiO3纳米涡旋核可产生五倍压电增强，为设计纳米压电材料提供新途径。
2023-05-22 cond-mat.mtrl-sci
Direct Probing of Polarization Charges at the Nanoscale
铁电材料具有可用于多种应用的自发极化。由于长期以来对器件尺寸的不断减小，铁电材料和器件的制备正进入纳米尺度。因此，为了评估铁电性，需要研究纳米尺度下的极化电荷。尽管如此，它已被普遍接受，使用传统的导电原子力显微镜（CAFM）没有顶部电极的极化电荷的检测是不可行的，因为纳米级半径的原子力显微镜（AFM）的尖端产生一个非常低的信噪比。然而，检测与AFM针尖的半径无关，实际上，是切换区域的问题。在这项工作中，我们证明了直接探测的极化电荷在纳米级使用的正向上负向下的方法的基础上，传统的CAFM方法，没有额外的校正或电路，以减少寄生电容。我们成功地探测到73.7和119.0 μ C/cm 2的铁电纳米电容器和薄膜的极化电荷密度，分别。研究结果表明了在纳米尺度下评价极化电荷的可行性，为在纳米尺度下评价铁电性提供了新的指导。
2017-11-21 cond-mat.mtrl-sci
Nanoscale piezoelectric response across a single antiparallel ferroelectric domain wall
令人惊讶的不对称性，在当地的机电响应横跨一个单一的反平行铁电畴壁的报告。利用压电力显微镜研究了同成分和近化学计量比的锂离子电池中畴壁周围的面内和面外机电信号。所观察到的不对称性示出有很强的相关性，晶体化学计量，这表明缺陷畴壁的相互作用。提出了一种缺陷偶极子模型。利用有限元方法模拟了壁面的机电过程，并进行了图像重建。对于近化学计量组成，良好的协议，发现在形式和幅度。一些差异之间的实验和建模宽度的成像效果在墙上。这是从可能的静电贡献的成像过程的角度进行分析，以及在壁附近的材料特性的局部变化。
2005-03-09 cond-mat.mtrl-sci
Nanoscale electrostatic control in ferroelectric thin films through lattice chemistry
本文提出利用Aurivillius带电Bi₂O₂层的极化表面与晶格化学工程，在铁电异质结构中实现纳米尺度静电调控，并通过插入BiFeO₃稳定类亚铁电非共线电偶极有序，同时保持其反铁磁性。
2025-03-11 cond-mat.mtrl-sci
Lattice rotation vortex at the monoclinic ferroelectric domain boundary in relaxor ferroelectric crystal
在（1-x）Pb（Zn 1/3 Nb 2/3）O3-xPbTiO 3（PZN-xPT，x=0.08）的单斜铁电畴界，发现了平均半径约为7 nm的晶格旋转涡旋.利用扫描会聚束电子衍射（SCBED）获得了晶体取向、畴结构和对称性破缺的图谱。这样的测量表明合并的2D和1D拓扑缺陷，与域开关机制的影响弛豫铁电晶体，和一种新形式的纳米级铁电器件的可能性。
2016-09-12 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Decoding the complexities of lead-based relaxor ferroelectrics
弛豫铁电体是一种重要的功能材料，具有优异的机电耦合性能，其应用范围从超声成像到微机电器件中的致动器和传感器。自近60年前发现以来，这些系统中纳米级化学和结构异质性的复杂性使得理解其独特机电特性的起源成为一个看似棘手的问题。然而，将局部结构和化学与纳米级极化波动联系起来的机制的完整解释仍然是一个需要和挑战。在这里，我们采用像差校正扫描透射电子显微镜（STEM）来量化原型驰豫铁电系统Pb（Mg $_{1/3}$ Nb $_{2/3}$）O $_{3}$ -PbTiO 3（PMN-PT）中各种类型的纳米级异质性及其与局部极化的联系。我们确定了三个主要的贡献，每个依赖于钛含量：化学顺序，氧八面体倾斜，和氧八面体扭曲。这些不均匀性被发现是空间相关的低角度极性域壁，表明它们的作用，在破坏远程极化。具体而言，这些异质性导致纳米级域的形成和弛豫响应。我们进一步定位与Ti含量和机电性能直接相关的单斜畸变的纳米级区域。通过这种方法，揭示了化学异质性，结构异质性和局部极化之间难以捉摸的联系，结果验证了开发下一代弛豫铁电材料所需的模型。
2019-11-13 cond-mat.mtrl-sci
Nanoscale periodic domain patterns in tetragonal ferroelectrics: A phase-field study
铁电体形成畴图案，使它们的能量最小化，受到强加的边界条件。在一个线性的，约束的理论，忽略畴壁能量，周期性的域图案的形式，多阶层压板可以被识别为最小能量状态。然而，当这些层压体（形成在宏观晶体中）包括尺寸为几纳米的畴时，畴壁能量变得显著，并且层压体图案在该尺度下的行为是未知的。在这里，相场模型，占梯度能和应变能的贡献，是用来探索的稳定性和演变的纳米级多秩层压板。计算了层合板中的应力、电场和畴壁能。并讨论了尺度效应。在没有外部载荷的情况下，条纹域模式被发现是较低的能量状态比更复杂的，多阶层压板，其中大多数崩溃成简单的模式。然而，复杂的层合板可以通过施加外部载荷，如电场，平均应变和极化稳定。这项研究提供了深入了解的域模式，可能会形成一个宏观的单晶，但包括纳米级的周期性图案，以及对这些图案的外部负载的影响。
2018-03-17 cond-mat.mtrl-sci
Quantitative piezoelectric force microscopy: Influence of tip shape, size, and contact geometry on the nanoscale resolution of an antiparallel ferroelectric domain wall
利用压电力显微镜（PFM）对铌酸锂中的反平行铁电畴壁结构进行了定量测量。对49个半径为10 ~ 300 nm的探针进行了PFM测量。跨畴壁的实验压电系数的大小和变化匹配的配置文件从一个全面的分析理论，以及三维有限元方法模拟计算。实验和理论的轮廓宽度之间的定量协议，只有当一个有限的磁盘类型的尖端半径，这是在真正的接触与样品表面被认为是一致的，这是与扫描电子显微镜图像的实际提示后成像。压电系数的大小被证明是独立的尖端半径，和PFM的轮廓宽度是线性成比例的尖端半径。最后，我们展示了一种方法来提取任何本征材料加宽的铁电壁宽。观察到20- 200 nm的令人惊讶的宽壁宽度。
2008-02-20 cond-mat.mtrl-sci
Reversal of Ferroelectric Polarization by Mechanical Means
铁电材料的特征在于存在电偶极子，该电偶极子可以通过施加外部电场而反转，这是铁电存储器中利用的特征。所有铁电体都是压电的，因此在极化和弹性形变之间表现出强的内在耦合-这是广泛用于压电换能器和高位移致动器的特征。较少探索和利用的性质是挠曲电性，即极化和应变梯度之间的耦合。虽然挠曲电是一个古老的概念（大约50年前在苏联发现），但只有随着纳米技术的出现，它的全部潜力才开始实现，因为纳米尺度的梯度可能比宏观尺度大得多。在这里，我们证明了原子力显微镜的尖端产生的应力梯度可以用来机械切换的铁电薄膜的纳米体积的极化。这一观察结果表明，纯机械力可以用作极化控制的动态工具，使信息处理在一种新型的多铁性高密度数据存储设备，其中的存储位是机械写入和读取电。
2011-10-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Assessing the nature of nanoscale ferroelectric domain walls in lead titanate multilayers
本研究结合多尺度计算与同步辐射漫散射实验，探究PbTiO3/SrTiO3超晶格中180°畴壁布洛赫分量的性质，发现其对边界条件敏感且非普遍存在，揭示超薄层畴壁结构更复杂。
2024-08-23 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Efficient thermal energy harvesting using nanoscale magnetoelectric heterostructures
具有铁电工作物质的热机械循环将热量转换成电能。如这里所示，磁电耦合铁电/铁磁复合材料（也称为多铁性）增加了新的功能，并允许在室温下通过利用热电效应进行有效的热能收集。借助于磁电耦合，外部电场和磁场可以操纵这些热机的操作。我们的理论预测是基于Landau-Khalatnikov-Tani方法（与Ginzburg-Landau-Devonshire势）的组合来模拟铁电动力学耦合到磁动力学。后者是通过电极化相关的Landau-Lifshitz-Gilbert方程处理的。执行一个适应奥尔森循环，我们表明，多铁性工作物质是潜在的更优于单一的铁电体，就利用热释电效应的热能收获而言。我们的建议不仅对低能耗设备，而且对冷却技术都有希望。
2016-02-01 cond-mat.mtrl-sci
Single- and multi-domain ferroelectricity driven by interfaces
在金属氧化物界面处的界面键合的设计产生了令人兴奋的新现象，并且可以成为维持甚至促进纳米级铁电性的途径。我们研究了这些界面对铁电电容器自发极化（单畴与多畴）性质的影响。我们发现，界面性质interceptible与铁电和电极参数，以确定系统的实际基态。我们发现分析的标准，指定如果铁电性出现在一个单域或多域的方式作为这种交织的结果。这一标准背后的物理学提出了定制铁电功能的新方法。
2014-08-11 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Crystal Engineering and Ferroelectricity at the Nanoscale in Epitaxial 1D Manganese Oxide on Silicon
铁电氧化物由于其广泛的应用，特别是在非易失性存储器和隧道结等电子器件中的应用，引起了人们的广泛关注。因此，将这些材料单片集成到硅技术及其纳米结构中以开发替代的成本效益工艺是当前技术的中心点。在这项工作中，我们使用一种化学方法来获得一种新的Sr 1 +δ Mn 8 O 16（SMO）的锰氧化物纳米线薄膜在硅上。扫描透射电子显微镜结合晶体学计算揭示了一种晶体结构，包括锰锰矿和软锰矿单元共享其MnO 6八面体的边缘，导致沿c轴排列的三种类型的隧道，其中Sr原子的排序产生自然的对称性破坏。这种新的结构产生铁电性和压电性，如通过局部直接压电力显微镜测量所揭示的，其证实了SMO纳米线薄膜在室温下的铁电性质，并显示出22.6 pC/N的压电系数d33值。此外，我们证明了柔性垂直SMO纳米线可以收获和转换成电输出能量通过压电效应，表现出良好的可变形性和高界面复合。这项工作表明了在硅上集成1D锰氧化物的可能性，这是微电子器件生产之前的一个步骤。
2020-12-31 cond-mat.mtrl-sci
