Two-dimensional metallic ferroelectricity in PbTe monolayer by electrostatic doping
极性金属的铁电畸变和金属性同时并存的特点引起了人们的极大关注。在低维度下开发这样的材料仍然具有挑战性，因为传导电子和减小的维度都应该淬灭铁电性。在这里，基于第一性原理计算，我们报告的铁电行为的发现，在二维（2D）金属材料与静电掺杂，即使铁电性是非常规的原子尺度。我们发现PbTe单层膜是一种本征铁电体，其非中心对称的屈曲结构导致了明显的面外电极化的强度。在铁电单层中掺杂载流子可以保持铁电畸变，从而使掺杂的PbTe单层能够充当2D极性金属。从参数化的能量空间中提取有效哈密顿量，我们发现弹性-极性模相互作用对掺杂系统中存在鲁棒极性不稳定性具有重要意义.这种掺杂策略的应用并不局限于本晶体，而是相当普遍地应用于其他二维铁电体，以带来迷人的金属铁电性能。这一发现改变了人们对二维材料的传统认识，将有助于低维多功能材料的发展。
2020-03-21 cond-mat.mtrl-sci
Magnetism driven ferroelectricity above liquid nitrogen temperature in Y2CoMnO6
本文报道了双钙钛矿结构Y_2CoMnO_6的多铁性，其铁电转变温度Tc = 80 K。铁电性的起源与Co2+和Mn 4+磁矩的磁有序排列有关。饱和极化和磁化强度估计为65 uC/m2和6.2玻尔磁子/f. u。分别另一方面，磁电耦合参数很小，因为5特斯拉的场仅抑制电极化的强度~ 8%。这与在5 K下观察到的滞后行为相印证，该滞后行为甚至在高达7特斯拉时仍保持不饱和。提出了一个基于交换伸缩的模型来解释所观察到的高温铁电性。
2013-03-27 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
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
Stabilization of Ferroelectric Hafnia and Zirconia through Y2O3 doping
本研究利用 DFT 和大型随机超胞考察 Y2O3 掺杂氧化铪与氧化锆的相稳定性，证明掺杂可使极性铁电正交相优于单斜 baddeleyite 相。
2025-08-30 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
Coexisting Magnetism, Ferroelectric, and Ferrovalley Multiferroic in Stacking-Dependent Two-Dimensional Materials
本文提出利用层间滑动调控双层 GdI2 的磁性、铁电性与谷极化，揭示三者可逆强耦合及磁相变机制，为二维多铁器件提供新思路。
2024-03-02 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Origin of Interstitial Doping Induced Coercive Field Reduction in Ferroelectric Hafnia
该研究通过密度泛函理论、深度势分子动力学模拟和高通量计算，揭示了填隙掺杂降低铁电氧化铪矫顽场的原子尺度机制，并筛选出可有效降低矫顽场的填隙掺杂元素。
2024-07-03 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
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
Non-magnetic doping induced magnetism in Li doped SnO2 nanoparticles
我们解决了非磁性掺杂诱导磁性的可能性，在Li掺杂的SnO2纳米粒子。在平衡状态下通过固态路线制备了这些化合物，并发现它们以单一的金红石相结晶。磁化强度的测量表明，锂掺杂诱导磁性的SnO2的特定范围内的Li浓度。然而，对于其他Li浓度，包括纯SnO2，样品表现出抗磁性。为了研究感生磁性的可能来源，我们研究了磁化强度作为平均纳米颗粒半径的函数的变化。在这些化合物的磁性外观的可能方案进行了讨论。
2013-02-20 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
Multiferroics: different ways to combine magnetism and ferroelectricity
多铁性-材料同时（铁）磁性和铁电性，往往也是铁弹性，吸引了现在相当大的关注，既因为有趣的物理参与，因为他们承诺重要的实际应用。在本文中，我给出了一个调查的微观因素决定这些属性的共存，并讨论了不同的可能途径，将它们结合在一种材料。特别是在过渡金属钙钛矿中的d-状态的占领的作用进行了讨论，螺旋磁结构的可能作用被强调和铁电性的磁系统中的新机制，由于结合的网站为中心的和键为中心的电荷排序。在几个特定的材料，包括磁铁矿Fe 3 O 4，多铁性行为的微观本质进行了讨论。
2006-01-31 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Ultrafast optical route to coupled ferroelectric and altermagnetic switching
University of Science and Technology Beijing（北京科技大学）；Renmin University of China（中国人民大学）
提出利用超快激光在电荷序诱导的交变磁铁电体LiV₂F₆中同时实现铁电极化和交变磁开关，通过对称性分析和TDDFT计算验证。
2026-06-18 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Magnetic resonance probing of ferroelectricity and magnetism in metal-organic frameworks
我们采用电子顺磁共振（EPR）的自旋探针Mn 2+的研究DMAMnF和Mn 2掺杂的DMZnF，这被认为是模型金属有机框架（MOF）与Pb自由钙钛矿结构的顺电铁电转变。在DMAMnF中，我们研究了在X波段（9.4 GHz）和超过80至300 K的Mn 2 + EPR线的形状和强度的变化，我们表明在铁电转变的磁电耦合的情况下。在DMMnF的反铁磁转变处，我们检测到由AFM相的弱铁磁性引起的磁电耦合。在DMZnF中，Mn 2+探针的EPR和DFT的组合表明，晶体场主要由DMA+阳离子决定。
2022-02-24 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Enhance Ferroelectric Structural Distortion via Doping Ca in Epitaxial h-Lu1-xCaxMnO3 Thin Films
该研究在蓝宝石上利用 h-ScFeO3 缓冲层制备 Ca 掺杂 h-LuMnO3 外延薄膜，发现 x≥0.2 可消除界面钳制并增强铁电几何畸变。
2024-08-06 cond-mat.mtrl-sci
Ferroelectricity at the Néel Temperature of Chromium in Rare-earth Orthochromites: Interplay of Rare-earth and Cr Magnetism
我们报道了在弱铁磁性的稀土正铬铁矿RCrO 3（R=稀土）中，只有当稀土离子具有磁性时，才会在低于铬的Néel温度（TNCr）时具有相当大的自发极化（P ~ 0.2 - 0.8 \muC /cm ~ 2）的铁电性。有趣的是，ErCrO 3（TC = 133 K）的铁电性在自旋重取向（Morin）转变（TSR ~ 22 K）时消失，在该转变以下，与Cr亚晶格相关的弱铁磁性也消失，表明弱铁磁性在诱导铁电性中的关键作用。此外，通过改变磁场的极性使自发磁化（M）反转，可以使铁电极化（P）反转，这表明强磁电效应。我们认为，RCrO_3的铁电性是由于极化场破坏了对称性和Cr亚晶格中R离子的交换场稳定了极性态的共同作用而产生的。我们建议，一个类似的机制可以在同构的稀土正铁氧体，RFeO 3以及工作。
2012-12-18 cond-mat.mtrl-sci
Ferroelectricity driven magnetism at domain walls in LaAlO$_3$/PbTiO$_3$ superlattices
除了在某些多铁性材料中，电荷偶极矩和自旋矩很少在单相体材料中共存。尽管在过去的十年里取得了很大的进展，但大多数多铁性材料的磁电性能仍然很差，这是由于电荷偶极子和自旋矩之间的内在排斥。作为一种替代方法，氧化物异质结构可以避开块体材料的本征限制，并提供更有吸引力的潜力来实现磁电功能。本文对LaAlO $_3$ /PbTiO $_3$超晶格进行了第一性原理研究。虽然这两种组分都不是磁性的，但磁矩出现在这些超晶格中的PbTiO $_3$的铁电畴壁处。这种铁电畴和局域磁矩之间的扭曲，不仅表现出一种有趣的多铁性，而且可能有助于纳米异质结构中磁性的电控制。
2015-08-12 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Anion Doping Driven Non-Ferroelectric-to-Ferroelectric Phase Transition in Epitaxial Y:HfO2
Indian Institute of Science（印度科学学院）；University of Surrey（萨里大学）
本研究通过氮气退火处理外延Y:HfO2薄膜，发现氮掺入将中性氧空位转化为带电氧空位，驱动单斜非铁电相向正交铁电相转变，揭示了阴离子掺杂调控铁电性的新途径。
2026-06-26 cond-mat.mtrl-sci
Ferroelectricity-induced asymmetrical two-dimensional electron gas in superlattices consisteing of insulating GdTiO3 and ferroelectric BaTiO3
由于半导体界面的二维电子气可以具有高迁移率，并表现出超导性、磁性和其他在组成块体材料中意想不到的奇异性质。利用第一性原理计算研究了由铁电BaTiO $_3$（BTO）和铁磁绝缘极性GdTiO $_3$（GTO）组成的短周期（BTO）$_m$ /（GTO）$_2$（$m$ =2和4）超晶格的晶体结构、电子态和磁性.我们的研究表明，在GTO层中的中间Ti-O单层成为金属，因为在绝缘BTO层的铁电性诱导一个不均匀的电场对GTO层中的极性产生的电场，从而差分改变与GTO层的三个Ti-O单层的d能级。通过避免电子重构，铁电极化也使得两个界面Ti-O单层的电子态和磁性与没有铁电性的GTO/SrTiO $_3$超晶格中的电子态和磁性有很大的不同。这种超晶格由于其独特的非对称二维电子气性质和可能有用的自旋轨道效应而在潜在的自旋电子学应用中引起了人们的兴趣。
2016-08-29 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
Polarization-controlled modulation doping of a ferroelectric from first principles
在铁电场效应晶体管（FeFET）中，通常假设铁电栅极起纯静电作用。最近已经表明，在某些情况下，这可以被称为“有源FeFET”，铁电体中的电子状态有助于器件电导作为调制掺杂效应的结果，其中载流子从沟道转移到界面附近的铁电体层中。在这里，我们报告的第一性原理计算和模型分析，以阐明这一机制的各个方面，并提供指导材料的选择和界面终止优化开关比，使用钛酸钡/n-SrTiO 3和PbTiO 3/n-SrTiO 3的原型系统。结果表明，调制掺杂是实质性的，在这两种情况下，和扩展的静电模型在以前的工作中开发的转移电荷分布提供了一个很好的描述。该模型可以用来建议额外的材料异质结构的有源FeFET的设计。
2017-10-10 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Persisting of Polar Distortion with Electron Doping in Lone-Pair Driven Ferroelectrics
在某些铁电材料中，自由电子可以屏蔽长程库仑相互作用，破坏铁电材料的极性畸变，而在一些非中心对称金属中，极性畸变与金属性共存。因此，NCSM的机制和设计引起了人们的极大兴趣。本文通过第一性原理计算发现，孤对驱动铁电材料PbTiO $_3$中的极性畸变不仅可以持续存在，而且随着电子掺杂的增加而增加。我们进一步分析了极性畸变持续存在的机制。我们发现，Ti位极性不稳定性被抑制，但Pb位极性不稳定性是完整的电子掺杂。Pb位的不稳定性是由于孤对机制，它可以被看作是一个伪Jahn-Teller效应，基态和激发态的离子位移从中心对称位置的混合。孤对机制不受电子掺杂的强烈影响，因为所涉及的基态或激发态都不在费米能级。极性畸变的增强与掺杂增大了Ti离子的尺寸有关。这些结果表明孤对立体活性离子可以用于NCSM的设计。
2016-10-10 cond-mat.mtrl-sci
Electron and hole doping of monolayer WSe2 induced by twisted ferroelectric hexagonal boron nitride
本研究发现折叠扭转 hBN 的铁电极化可在相邻单层 WSe2 中诱导局部 n/p 型掺杂，并以 WSe2 作为光学探针实现掺杂类型与密度的界面位置调控。
2023-12-06 cond-mat.mes-hall 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
Layer-Selective Non-Reciprocal Electric-Field Switching of Magnetism in van der Waals Heterostructure Multiferroics
本研究构建CrI3/α-In2Se3范德华异质结构多铁材料，实现层选择性非互易电场调控磁性，为多级存储和类脑计算提供新途径。
2023-10-17 cond-mat.mtrl-sci
Evolution of domain structure with electron doping in ferroelectric thin films
为了使它们的静电能最小化，绝缘铁电膜倾向于分裂成相反极化的纳米级“Kittel”畴，它们被不带电的180 $^\circ$畴壁分开。在这里，我报告的自洽解决方案的耦合朗道-金兹伯格-德文希尔和薛定谔方程的电子掺杂铁电薄膜。该模型基于LaAlO $_3$ /SrTiO $_3$界面，其中SrTiO $_3$衬底通过阳离子取代或应变而成为铁电体。我发现，电子掺杂不稳定的Kittel域。随着二维电子密度$n_\mathrm{2D}$的增加，出现向锯齿形畴壁配置的平滑交叉。畴壁带正电荷，但被电子气补偿，电子气附着在畴壁上并屏蔽去极化场。在理想屏蔽的极限下，畴壁接近平坦的头对头结构。极化分布可以由外部偏置电压操纵，并且电子气可以在铁电膜的表面之间切换。
2022-06-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Controlling magnetism in 2D CrI3 by electrostatic doping
二维（2D）材料的原子厚度提供了一个独特的机会，通过静电掺杂来控制材料性能和设计新的功能。静电掺杂已经被证明可以在很宽的范围内调节2D材料的电学和光学性质，以及驱动电子相变。最近发现的原子级薄的磁性绝缘体开辟了电控制磁和具有前所未有的性能的新器件的前景。在这里，我们展示了单层和双层碘化铬的磁性控制静电掺杂使用双栅场效应器件结构。在单层CrI3，掺杂显着修改的饱和磁化强度，矫顽力和居里温度，表现出增强（减弱）磁序与空穴（电子）掺杂。值得注意的是，在双层CrI3掺杂急剧改变层间磁秩序，导致从反铁磁基态在原始形式的铁磁基态以上的临界电子密度的过渡。结果表明，强烈的掺杂依赖的层间交换耦合，这使得在双层CrI3的磁化强度的小的栅极电压的鲁棒切换。
2018-02-20 cond-mat.mtrl-sci
Cycloidal magnetism driven ferroelectricity in double tungstate LiFe(WO$_4$)$_2$
如果$A$ =Mn、Fe、Co、Cu、Ni，则具有以沿$c$ -轴的$A$ O $_6$八面体之字形链为特征的黑钨矿结构的钨酸盐$A$ WO $_4$可以是磁性的。其中，MnWO $_4$是一个独特的成员与摆线Mn $^{2+}$自旋顺序在低温下发展，导致一个有趣的II型多铁性行为。本工作合成了双钨酸盐LiFe（WO $_4$）$_2$，并对其进行了系统的研究。包括结构、热力学、磁性、中子粉末衍射和热释电测量的实验表征明确地证实了LiFe（WO $_4$）$_2$是钨酸盐家族中第二个发现的多铁性系统。密度泛函理论计算也证实了摆线磁驱动的铁电性。虽然这里Fe离子之间的磁耦合是间接的，即通过所谓的超-超-交换，但磁性和铁电转变的温度令人惊讶地比MnWO $_4$的温度高得多。
2017-05-01 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Ferromagnetism and orbital order in a topological ferroelectric
我们探索通过密度泛函计算的磁性掺杂的拓扑铁电体作为一种非常规的路线，多铁性。层状钙钛矿La $_{2}$ Ti $_{2}$ O $_{7}$的钒掺杂在很大程度上保持了电极化的强度并产生了稳健的铁磁有序性，因此具有适当的多铁性。掺杂剂聚集成链的显著趋势导致在一般掺杂下的绝缘特性。铁磁性源于多轨道V系统通过不寻常的“反铁”轨道顺序的对称性破缺，以及宿主的低对称性层状结构。
2012-09-26 cond-mat.mtrl-sci
Broad-Range Tuning of Ferroelectric Switching of LaxBi1-xFeO3 Epitaxial Films via Digital Doping using Off-Axis Co-Sputtering
该研究通过离轴共溅射数字掺杂制备宽 La 浓度范围的 LaxBi1-xFeO3 外延薄膜，确定铁电开关保持至 x=0.35，并在 0.35–0.37 间发生尖锐铁电—顺电相变。
2025-10-20 cond-mat.mtrl-sci
High-Curie-temperature ferrimagnetism and ferroelectricity in Bi2FeMoO6
BiFeO 3是最著名的多铁性材料，但其G型反铁磁性非常希望被超过室温的强宏观磁性所取代。在这里，我们得到了双钙钛矿Bi_2FeMoO_6与R_3（#146）空间群通过取代50%Fe的BiFeO_3。第一性原理计算结果表明，它是一种禁带宽度为0.725 eV的半导体，其净磁矩为2μ B/分子单位，铁电极化率为85μC/cm ^2.这种铁电性与BiFeO_3相当，但磁性为强亚铁磁性，居里温度为650 K。我们的第一性原理声子谱确定，这个R3相是稳定的。电极化的强度和磁易磁化轴均为准立方[111]轴。我们进一步的分析表明，多铁性机制是类似的BiFeO 3。因此，Bi_2FeMoO_6在室温以上具有较强的宏观磁性和铁电性，可用于设计新的多功能材料和器件。
2014-10-17 cond-mat.mtrl-sci
Factors limiting ferroelectric field-effect doping in complex-oxide heterostructures
铁电场效应掺杂已经成为一种强有力的方法来操纵相关氧化物的基态，打开了大门，一类新的场效应器件。然而，这种潜力尚未得到充分利用，因为场效应掺杂的尺寸通常比预期的要小得多。本文通过磁输运、扫描透射电子显微镜和压电响应力显微镜研究了铁电/超导异质结构（YBa_2Cu_3O_（7-δ）/BiFeO_3）中的限制因素。尽管如此，我们发现，他们是有限的摆在首位的不完全铁电开关。这可以解释的存在的优先极化方向设置的原子终端在界面处。更重要的是，我们还发现，场效应载流子掺杂伴随着载流子迁移率的强烈调制。除了通过霍尔测量的场效应的量化不是简单的，这一发现表明，铁电极化产生的相关氧化物通道的结构变化（如带电缺陷或结构扭曲）。这些发现对于理解铁电场效应和进一步增强它们的策略具有重要意义。
2019-08-20 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el cond-mat.supr-con
Magnetism in Mn delta-doped cubic GaN: density-functional theory studies
用密度泛函理论计算了12.5%和25%Mn δ掺杂立方GAN的磁性。结果表明，单层δ掺杂和半δ掺杂结构表现出较强的基态半金属铁磁性（HMF），双层δ掺杂结构表现出较强的基态反铁磁性（AFM），自旋翻转能为479.0 meV.δ掺杂结构显示出增强的二维磁性。我们讨论了起源的HMF使用一个简单的晶体场模型。最后，我们讨论了基于Mn掺杂GAN的反铁磁/铁磁异质结。
2009-01-19 cond-mat.mtrl-sci
Unveiling the complete dispersion of the giant Rashba split surface states of ferroelectric $α$-GeTe(111) by alkali doping
$α$ -GeTe（111）是一种非中心对称的铁电材料，其强的自旋-轨道相互作用在体相和表面产生巨大的Rashba分裂态。体带隙内的表面态的详细分散体仍然是一个悬而未决的问题，因为它们位于电子结构的未被占据的部分，使它们无法静态角分辨光电子能谱。我们表明，这一困难可以克服通过在原位钾掺杂的表面，导致一个刚性的80毫电子伏的表面状态到占用状态的转变。因此，我们非常详细地解决了它们的色散，并突出了它们在$\barΓ$点的交叉，与密度泛函理论计算相比，明确证实了Rashba机制。
2020-07-23 cond-mat.mtrl-sci
Enhanced polarization switching characteristics of HfO2 ultrathin films via acceptor-donor co-doping
针对HfO2基铁电材料极化翻转速度慢的问题，提出受主-施主共掺杂策略，在La3+-Ta5+共掺杂HfO2超薄膜中实现了显著增强的铁电性和目前最快的翻转速度，3nm厚薄膜仍保持稳定电学特性，为调控HfO2铁电性能提供新途径。
2024-03-08 cond-mat.mtrl-sci
Anion vacancy driven magnetism in incipient ferroelectric SrTiO3 and KTaO3 nanoparticles
基于我们的分析结果[http：//arxiv.org/abs/1006.3670]，我们预测没有任何磁性离子的初始铁电体的未掺杂纳米颗粒（尺寸<10- 100 nm）甚至在室温下也可以变成铁磁性的，这是由于固有存在自旋S=1的新型磁性缺陷，即氧空位，其中磁性三重态是表面附近（磁性壳层）的基态，而磁性三重态是块体材料（磁性核）中的基态。随机分布的磁自旋（S=1）的考虑表明，初始铁电纳米颗粒的磁性强烈地依赖于尺寸和温度，这是由于它们的介电常数的尺寸和温度依赖性以及与介电常数成比例的有效玻尔半径。考虑了温度-粒子半径坐标系中的相图.特别地，对于小于临界半径的颗粒半径，一旦磁缺陷的浓度超过磁逾渗阈值，铁磁长程序出现在厚度为5 - 50 nm的壳区域中。从平均场论出发，在磁缺陷与热能交换能量相等的条件下，计算了临界半径。对于颗粒半径高于临界值，只有顺磁相是可能的。讨论了窄尺寸分布函数纳米粒子组装中超顺磁态出现的条件。
2010-12-10 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
Panoply of Ni-Doping-Induced Reconstructions, Electronic Phases, and Ferroelectricity in 1T-MoS$_2$
本研究理论揭示Ni掺杂可诱导单层1T-MoS$_2$形成多种重构与电子相，其中稳定的${3} \ imes {3}$纯相展现出远超1T$''$的铁电极化及多重带隙应用潜力。
2024-06-12 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Ferroelectricity induced by interatomic magnetic exchange interaction
多铁性是两个或多个铁性序参量共存的现象，是凝聚态物理和材料科学研究的热点之一[1-9]。然而，磁性和常规铁电性的共存在物理上是不利的[10]。最近提出了几种补救措施，例如，由特定的磁性[6]或电荷序[2]引起的不适当的铁电性。在这些理论的指导下，目前的研究主要集中在阻挫磁体上，这些磁体通常具有复杂的磁结构和较低的磁有序温度，离实际应用还很远。简单的共线磁体具有很高的磁转变温度，但从未被认真考虑作为多铁性材料的候选材料。在这里，我们认为，实际上简单的原子间磁交换相互作用已经包含了铁电性的驱动力，从而提供了一个新的铁电性和磁性之间的共存和强耦合的微观机制。我们证明了这种机制，即使是最简单的反铁磁（AFM）绝缘体MnO，可以显示一个双轴应变下的磁感应铁电性。
2012-04-20 cond-mat.mtrl-sci
Size and doping effects on the coercive field of ferroelectric nanoparticles
提出了一种描述铁电纳米颗粒的微观模型，该模型允许我们计算作为外部电场、温度、缺陷浓度和颗粒尺寸的函数的极化。材料的组分的相互作用，安排在层中，取决于在表面的耦合强度和缺陷壳除了散装值。该分析是基于伊辛模型在横向场，修改以这样的方式来研究的纳米颗粒的磁滞回线的尺寸和掺杂效应的影响。在实空间中利用格林函数技术，我们发现矫顽场，反射极化和临界温度与体行为有很大的不同。取决于由于掺杂离子的种类和表面配置而变化的耦合强度，矫顽场和反射极化与体行为相比可以增加或减少。理论结果与各种不同的实验数据进行了比较。
2006-09-27 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.stat-mech
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
Edge-Insensitive Magnetism and Half Metallicity in Graphene Nanoribbons
在石墨烯/碳纳米结构中实现磁性是一个长达十年的挑战。锯齿形石墨烯纳米带中的磁边缘状态和半金属性是特别有前途的[Y. W. Son等人，Nature 444，347（2006）]。然而，它的实验实现一直受到单氢化锯齿形边缘的严格要求的阻碍。使用第一性原理计算，我们预测，自由载流子掺杂可以克服这一挑战，实现铁磁性和半金属性的一般类型的边缘结构的窄石墨烯纳米带。这种磁性存在于栅极掺杂实验的密度范围内（~1013 cm-2），并且具有高达17 meV/载流子的大自旋极化能量，这引起了相当于几百特斯拉的外部磁场的塞曼分裂。最后，我们追踪这种边缘不敏感磁性的形成机制，带边附近的电子态的量子限制，并揭示了磁性与带宽的标度律。我们的研究结果表明，结合掺杂和量子限制可能是一个通用的工具，实现轻元素纳米结构中的过渡金属的磁性。
2018-10-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Evolution of Microstructure and Relaxor Ferroelectric Properties in (La_zBa_(1-z)(Ti0.80Sn0.20)O3
本文报道了一系列镧掺杂的锡钛酸钡（LBTS）陶瓷的微观结构与铁电性能的关系。采用固相反应法制备了样品，XRD分析表明样品为单相结构。扫描电子显微镜显示，虽然低La掺杂1原子%产生抑制晶粒生长在1 LBTS，较高的La掺杂量产生较大的叶状晶粒。这种特殊的晶粒生长和微结构演变可以归因于以下两个竞争因素的组合：（i）由于La掺杂导致的O空位的抑制导致晶粒生长抑制和（ii）由于共晶现象导致La掺杂高于2原子%导致2-D（叶状）晶粒的成核和生长的机制的增强。介电常数的测量表明，除了La增强扩散相变在BTS中，但其频率依赖性仅观察到在2原子%的La掺杂。这种特征弛豫行为和La掺杂的特定拉曼峰的强度的增加，以及非饱和PE磁滞回线证实了2和3原子% La掺杂BTS的极性纳米区域的存在。然而，由于晶粒尺寸减小，介电常数不能显著提高。
2016-09-28 cond-mat.mtrl-sci
Ferroelectric Instability under Screened Coulomb Interactions
我们利用密度泛函计算和唯象模型研究了载流子掺杂对铁电性的影响。通过考虑一个原型的铁电材料，钛酸钡，我们证明，铁电位移持续到每单位细胞体积的0.11电子的临界浓度。这一结果与实验观察相一致，并揭示了铁电相和导电性可以共存。我们的研究表明，铁电不稳定性只需要库仑力的短程部分与晶格常数的数量级的相互作用范围。这些结果提供了一个新的洞察力的起源，铁电位移铁电体和开放的机会，使用掺杂的铁电体在新的电子器件。
2012-08-29 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Pyroelectric doping reversal of MoS2 p-n junctions on ferroelectric domain walls probed by photoluminescence
本研究利用空间分辨光致发光揭示周期性极化 LiNbO3 的热释电电荷可无栅极调控单层 MoS2 掺杂，并在冷却时反转畴壁 p-n 结为 n-p 结。
2025-04-08 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Ferroelectric Switchable Topological Magnon Hall Effect in Type-I Multiferroics
Xi’an Jiaotong University（西安交通大学）；Yancheng Institute of Technology（盐城工学院）
研究通过铁电极化切换调控磁子交换作用，实现室温下非易失且可逆的磁子电控，揭示铁电极化反转对磁子 Berry 曲率的影响，为低功耗磁子器件提供新途径。
2025-11-21 cond-mat.mtrl-sci
Evidence for large electric polarization from collinear magnetism in TmMnO3
自Kimura等人[1]发现正交畸变钙钛矿TbMnO 3中反铁磁有序和铁电有序共存且强耦合以来，磁电（ME）多铁性领域的研究活动日益活跃。现在普遍认为，TbMnO 3中的铁电性是由磁性长程序引起的，这种磁性破坏了晶体的对称性并产生了极轴[2]。一个剩下的关键问题是磁序是否能诱导铁电极化，这是大的技术上有用的材料。我们表明，铁电性在正交（o）TmMnO 3共线磁序诱导，其电极化的强度的下限是大于以前研究的正交重稀土锰氧化物。晶格常数的温度依赖性提供了大的自旋-晶格耦合效应的进一步证据。我们的实验表明，具有相称磁基态的正交钙钛矿中的铁电极化可以通过1微C/cm 2阈值，如理论[3，4]所建议的。
2009-01-07 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Understanding doped perovskite ferroelectrics with defective dipole model
虽然掺杂在实验中被广泛用于调整钙钛矿的物理性质，但确切地知道掺杂如何实现所需的效果仍然是一个挑战。在这里，我们提出了一个经验和计算易处理的模型，以了解掺杂Fe的钛酸钡$_{3}$作为一个例子掺杂的影响。该模型假设Fe离子及其最近的六个相邻离子所占据的晶格位置失去了它们的双极能力，从而产生一小簇缺陷偶极子。将该模型应用于蒙特卡罗模拟中，成功地获得了在受主掺杂体系中实验观察到的许多重要特性，如极化降低和相变温度的收敛。偶极配置的微观信息的基础上，我们提供了深入了解掺杂效应背后的驱动力，并提出，有源偶极子，它存在于接近有缺陷的偶极子，可以解释实验观察到的现象。密切关注这些偶极子是必要的，以了解和预测掺杂效应。
2018-12-10 cond-mat.mtrl-sci
Interfacial Control of both Magnetism and Polarization in a van der Waals Ferromagnet/Ferroelectric Heterostructure
基于第一性原理计算提出 Fe₃GaTe₂/In₂Se₃ 多铁异质结构，通过间隙 Fe 原子诱导的界面杂化显著增强垂直磁各向异性并调控极化。
2025-09-02 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
Strain effects on ferroelectric polarization and magnetism in orthorhombic HoMnO3
为了提高AFM-E ortho- \hmo的铁电极化率，采用密度泛函理论和模型哈密顿方法研究了面内应变对铁电极化率和磁位形的影响.我们的研究结果表明，在压缩应变下的净极化大大增强，由于增加的电子贡献的极化，而离子的贡献被发现减少。我们确定的电子晶格耦合，由于Jahn-Teller（JT）的扭曲，其应变的反应是负责所观察到的行为。JT诱导的轨道有序的占据Mn-e $_g^1$电子在交替的$3x^2-r^2/3y^2-r^2$轨道状态在平衡下的变化与$x^2-z^2/y^2-z^2$状态的混合物下的面内压缩应变。因此，在应变下，Mn离子之间的e $_g$电子沿着Z字形自旋链（AFM-E自旋构型的典型）的不对称跳跃增强，解释了极化的大值。我们重现的变化，在一个简并的双交换模型补充电子-声子相互作用的轨道有序模式。在这幅图中，轨道有序变化与e $_g$电子的Berry相的变化有关，这反过来又导致极化的增加，其起源纯粹是电子的。
2011-02-10 cond-mat.mtrl-sci
Multiferroic nitride perovskites with giant polarizations and large magnetic moments
具有铁电性和磁性之间耦合的多铁性已经被追求了几十年。然而，由于铁电性和磁性之间的共同权衡，它们的磁电性能仍然有限。在这里，提出了一个家庭的氮化物钙钛矿作为多铁性与突出的物理性能和非平凡的机制。以GdWN $_3$为原型，我们的第一性原理计算发现其钙钛矿相具有大的极化（例如$111.3$ $μ$ C/cm $^2$对于$R3c$相）和磁矩$7$ $μ_{\rm B}$ /Gd $^{3+}$。更有趣的是，它的铁电起源是多重的，具有来自Gd $^{3+}$和W $^{6+}$离子的显著贡献，不同于其姐妹成员LaWN $_3$，其中铁电性几乎仅来自W $^{6+}$离子。随着稀土离子尺寸的减小，A位离子对铁电不稳定性的贡献越来越大。考虑到小的稀土离子可以是氮化物钙钛矿中适当的铁电性和磁性的主要来源，我们的工作提供了一条追求更多具有非常规机制和最佳性能的多铁性的路线。
2022-11-11 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Tri-layer superlattices: A route to magnetoelectric multiferroics?
我们探索计算形成的三层超晶格作为一种替代方法相结合的铁电性与磁性，形成磁电多铁性。我们发现三层结构对超晶格极化的贡献与传统铁电体中的典型极化相比很小，并且可切换的铁电组分可以忽略不计。相比之下，我们表明，外延应变和“负压”可以产生大的，可切换的极化是兼容的磁性共存，即使在材料中没有活跃的铁电离子。
2007-06-29 cond-mat.mtrl-sci
Ionic Modulation of Interfacial Magnetism through Electrostatic Doping in Pt/YIG bilayer heterostructure
钇铁石榴石（YIG）的电压调制具有结构紧凑、响应速度快、能量利用率高等优点，具有重要的理论和实际意义，可广泛应用于各种YIG基自旋电子学，如自旋霍尔、自旋泵浦、自旋Seeback效应等。在此，我们对YIG/Pt双层异质结构进行了界面磁性的离子调制，其中Pt的覆盖会显著影响铁磁（FMR）场的位置，从而实现了双层异质结构中磁性的显著增强。YIG（13 nm）/Pt（3 nm）多层异质结构在4.5 V的小偏压下实现了690 Oe的大电压感生FMR场位移。第一性原理理论模拟表明，由于d轨道电子未得到补偿，静电掺杂诱导的Pt 5+离子具有较强的磁有序性。大电压控制铁磁电阻的变化为新型电压可调YIG基自旋电子学奠定了基础。
2018-03-05 cond-mat.mtrl-sci
Magnetism in Cr-doped ZnS: Density-functional theory studies
采用密度泛函理论计算了立方结构Zn 1-xCrxS的磁性和聚集趋势，结果表明：所有研究的构型都表现出基态半金属铁磁性（HMF），Cr杂质在能量上有利于平面团簇形成δ掺杂结构. Zn0.75Cr0.25S和Zn0.875Cr0.125S的单层δ掺杂结构的铁磁稳定能（Δ EAF）分别为0.551和0.561 eV/Cr-Cr对。Zn0.875Cr0.125S的半层δ掺杂结构和Zn0.75Cr0.25S的双层δ掺杂结构的Δ EAF分别为0.394和0.166 eV/Cr-Cr对。此外，我们的研究表明，立方ZnS/CrS异质结构，一个极端的情况下，δ掺杂结构，也显示出基态HMF。HMF的起源进行了讨论，使用一个简单的晶体场模型。最后，我们展望了Zn_（1-x）Cr_xS在自旋电子学方面的潜在应用。
2009-10-13 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
