First-principles Study on Piezoelectricity and Spontaneous Polarization in Bi(Fe,Co)O3
固溶体BiFe_（1-x）Co_xO_3同时表现出反铁磁有序和热释电有序。已经知道，BiFe 1-xCoxO 3随着x的增加呈现出在单斜相和四斜相之间的结构相变。这种类型的转变通常被称为morphotoropic相边界，这是众所周知的发生在一个代表性的压电氧化物，PbZr 1-xTixO 3。为了从理论上理解BiFe_（1-x）Co_xO_3的压电性质，我们采用超原胞方法，对BiFe_（1-x）Co_xO_3的电子结构进行了从头计算，研究了其结构稳定性、磁性和电子极化.结果表明，大的电极化的强度和特殊的锥配位抑制了应变下的电极化的强度响应。提出了一种提高BiFe_（1-x）Co_xO_3压电效应的方法。
2020-02-16 cond-mat.mtrl-sci
Tunable and Persistent Macroscopic Polarization in Nominally Centrosymmetric Defective Oxides
本研究通过在中心对称CGO薄膜中制造宏观电荷不对称性，利用氧空位重分布实现可切换且持久的极化，产生约180 μC·m⁻²·K⁻¹的热释电系数，为开发可持续极性薄膜材料提供新途径。
2025-09-26 cond-mat.mtrl-sci
Monolayer polar metals with large piezoelectricity derived from MoSi$_2$N$_4$
本研究通过Z（P/As）取代N打破面外对称性，在MoSi$_2$N$_4$家族Janus单层中实现极性金属性与高面外压电性共存，为二维材料特殊物性探索开辟新方向。
2023-06-12 cond-mat.mtrl-sci
Multi-Fields Modulation of Physical Properties of Oxide Thin Films
氧化物薄膜具有磁性、铁电性、压电性、金属-绝缘体转变（MIT）、多铁性、巨磁阻、可开关电阻率等多种物理性质。更重要的是，氧化物薄膜的多功能性可以通过各种外场进行调节，这使得新型电子器件的展示成为可能。本文综述了近年来多场调制氧化物薄膜物理性质的研究进展。最后，对该领域的一些关键问题和发展前景进行了展望。
2015-09-14 cond-mat.mtrl-sci
Optical Anisotropy and Phase Matching in Non-Centrosymmetric Perovskite Oxides from DFT+U and DFT+U+V Functionals
Carnegie Mellon University（卡内基梅隆大学）
本研究检验DFT+U与DFT+U+V泛函预测非中心对称钙钛矿氧化物光学各向异性的准确性，发现DFT+U+V泛函可提升性能且成本低，还探究了掺杂BaTiO₃固溶体的应用潜力。
2026-08-10 cond-mat.mtrl-sci
Breaking of macroscopic centric symmetry in paraelectric phases of ferroelectric materials and implications for flexoelectricity
中心对称应力不能在中心材料中引起极性响应，例如，压电性仅在非中心对称结构中是可能的。一个例外是形状不对称的超材料，即使材料位于中心，也可能因应力而极化。在这种情况下，机制是挠曲电性，其将极化与应变梯度相关联。挠曲电响应与尺寸成反比，因此在纳米级材料中预期有很大的影响。多晶、中心对称钙钛矿的最新实验[例如，(Ba，Sr）TiO3]已经表明挠曲电系数的值比理论预测的高几个数量级，有希望基于块体材料的实际应用。我们发现，材料具有出乎意料的大挠曲电响应表现出破坏的宏观中心对称性，通过高温处理引起的不均匀性。新兴的机电耦合是显着的，并可能有助于解决这类材料中的大表观挠曲电系数的争议。
2017-07-16 cond-mat.mtrl-sci
Large magnetoelectric effect in the Al1-xGaxFeO3 family of multiferroic Oxides
AlFeO3、GaFeO3和Al0.5Ga0.5FeO3均为非中心对称空间群结晶，具有多铁性和磁电性质，其中Al0.5Ga0.5FeO3在300 K时表现出异常大的磁电容。
2010-08-27 cond-mat.mtrl-sci
Piezoelectricity in hafnia
由于其与基于半导体的技术的兼容性，HfO2（HfO $_{2}$）是当今在电子应用中最有前途的铁电材料。然而，对这种重要化合物的铁电和机电响应特性的知识仍然缺乏。有趣的是，HfO $_2$最近被预测显示出负纵向压电效应，这使其与经典的铁电体（例如，钙钛矿氧化物，如PbTiO $_3$），并使人联想到某些有机化合物的行为。本工作通过第一性原理计算和使用压电响应力显微镜对Hf O $_2$薄膜的实验研究证实了这种行为。此外，模拟显示了活性氧原子的化学配位是如何负责的负纵向压电效应。基于这些见解，预测通过控制这种活性氧的环境（例如，通过外延应变），可以改变材料的压电响应的符号。
2021-07-15 cond-mat.mtrl-sci
Piezoelectricity of Atomically Thin WSe2 via Laterally Excited Scanning Probe Microscopy
奇数层二维（2D）过渡金属二硫属化物（TMD）如WSe 2的晶格是非中心对称的，因此可以具有线性压电性，这对于诸如纳米机电系统（NEMS）和纳米发电机的应用是有吸引力的。然而，测量2D TMD的机电耦合是相当具有挑战性的，因为其D3 h点群对称性使得传统的压电响应力显微镜（PFM）不适用。在这里，我们开发了一种横向激励扫描探针显微镜（SPM）技术，使映射的压电响应原子级薄WSe 2直接在基板上具有高的空间分辨率。平面电极用于激发压电振动，同时对WSe 2施加各向异性面内机械约束，导致由于泊松效应而产生的面外变形，该面外变形可以通过SPM探针测量。使用这种技术，我们表明，WSe 2单层和三层表现出较强的机电响应线性所施加的激励偏置，是从基板不同，而WSe 2双层显示可忽略不计的机电响应预期。的有效压电系数估计为5.2 pm/V的测量，与理论预测一致。该方法可以方便地应用于具有相似对称性的各种二维材料。
2018-05-18 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
From Type-II Triply Degenerate Nodal Points and Three-Band Nodal Rings to Type-II Dirac Points in Centrosymmetric Zirconium Oxide
利用第一性原理计算，在忽略自旋-轨道耦合（SOC）的情况下，我们发现ZrO是一种同时存在三对II型三重简并节点（TNP）和三个节点环（NR）的拓扑材料.值得注意的是，TNP位于费米能附近，沿倾斜方向具有大的线性能量范围（> 1 eV），并且NR由三个强纠缠带形成。在保绿菌株作用下，每个NR在衰退前会进化成4个小滴状NR，与通常的双带NR相比，其进化过程明显不同。当包含SOC时，TNP将转化为II型狄拉克点，而所有NR都已张开。值得注意的是，第二类狄拉克点继承了TNP的优点：位于费米能附近，并表现出大的线性能量范围。这两个功能便于观察有趣的现象引起的第二类分散。讨论了非平凡带交叉的对称性保护和低能哈密顿量。
2017-11-13 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Ferroelastic-switching-driven colossal shear strain and piezoelectricity in a hybrid ferroelectric
能够产生大的可控应变的材料被广泛应用于形状记忆器件、致动器和传感器。人们已经做出了很大的努力来改善各种材料系统的应变输出。其中，铁弹性转变是电驱动铁/压电体和热或磁驱动记忆合金中巨大可逆应变的基础。然而，传统铁电体中的大应变铁弹开关是非常具有挑战性的，而磁和热控制是不可取的应用。在这里，我们展示了一个前所未有的大剪切应变高达21.5%的混合铁电体，C6 H5 N（CH 3）3CdCl 3。的应变响应是约两个数量级高于那些最优秀的常规铁电聚合物和氧化物。这是通过无机键切换实现的，并通过大的有机部分的结构限制来促进，这防止了不期望的180度偏振切换。此外，Br取代能有效地软化固溶体C6 H5 N（CH 3）3CdBr 3xCl 3（1-x）中的键，并在富Br端产生巨大的剪切压电系数（d35 ~ 4800 pm/V）。该化合物优异的机电性能保证了其在轻质和高能量密度设备中的潜力，并且这里描述的策略应该激发基于混合铁电体的下一代压电和电活性材料的开发。
2020-06-14 cond-mat.mtrl-sci
Giant Polarization and Abnormal Flexural Deformation in Bent Freestanding Perovskite Oxides
最近实现的钙钛矿型氧化物提供了一个独特的平台，以探测二维氧化物的新特性。在这里，我们观察到一个巨大的挠曲电响应在独立的BiFeO 3和SrTiO 3在其弯曲状态所产生的应变梯度高达4x 10 e7/m，这表明一个有前途的方法实现极大的极化。此外，一个实质性的可逆变化的厚度被发现在弯曲的独立BiFeO 3，这意味着一个不寻常的弯曲膨胀/收缩和厚度依赖泊松比在这个铁电膜，以前从未见过的晶体材料。我们的理论模型表明，这种前所未有的膜内的弯曲变形是由于挠曲压电相互作用。这一发现揭示了有趣的纳米机电性能，并为它们在柔性纳米机电系统中的实际应用提供了指导。
2020-09-07 cond-mat.mtrl-sci
Ionically-mediated electromechanical hysteresis in transition metal oxides
观察到顺电TiO_2和SrTiO_3的机电活性、回复极化状态和电滞回线。用扩展的Ginsburg Landau Devonshire（GLD）理论分析了这些材料中离子动力学和初始铁电性之间的耦合。机电耦合的可能来源，包括离子动力学，表面电荷引起的电致伸缩，和离子诱导的铁电性被确定。对于后者，离子的贡献可以改变一阶GLD膨胀系数的符号，使材料有效地铁电。这些研究为中心对称过渡金属氧化物的类铁电行为提供了可能的解释。
2012-05-07 cond-mat.mtrl-sci
Flexoelectricity in Amorphous Hafnium Oxide (HfO2)
本研究提出一种精确分离挠曲电效应的方法，首次在非晶HfO2中测得挠曲电系数，并发现系数与相对介电常数呈二次比例关系，挑战了传统线性假设。
2024-09-20 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Local Electrostatic Imaging of Striped Domain Order in LaAlO3/SrTiO3
复杂氧化物界面的新兴领域通常建立在最著名的基底之一-钛酸锶（SrTiO 3）上。这种材料具有一系列现象，包括铁弹性，初期铁电性，以及最令人困惑的，有争议的巨型压电性。虽然这些属性可能会显着影响的氧化物界面，特别是在微观尺度上，缺乏本地探针能够研究这样的埋系统留下了很大程度上未探索的影响。在这里，我们使用扫描电荷检测器-纳米管单电子晶体管-非侵入性图像的静电景观和局部机械响应的原型LaAlO 3/SrTiO 3系统具有前所未有的灵敏度。我们的测量结果表明，在微观尺度上SrTiO 3表现出大的异常压电与好奇的空间依赖性。通过静电成像，我们解开这个外在的压电的微观起源，证明其直接的，定量的连接到局部有序的tetraxenic域下施加的栅极电压的运动。这些域创建条纹电位调制，可以显着影响的二维电子系统在导电界面。我们的研究结果具有广泛的影响，所有复杂的氧化物界面上建立SrTiO 3和展示的重要性，微观结构的电子物理在LaAlO 3/SrTiO 3界面。
2013-12-11 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Improper Ferroelectricity and Piezoelectric Responses in Rhombohedral ($A$,$A^{\prime}$)$B_2$O$_6$ Perovskite Oxides
随着各种行业所需工作范围的增加，对高温电子材料的需求不断增加。在这里，我们设计了$(A,A^\prime)B_2$ O $_6$钙钛矿氧化物与[111]"岩盐”$A$ -位阳离子顺序，并预测它们是潜在的高温压电材料。通过选择具有仅异相$B$ O $_6$旋转趋势的块状钙钛矿，我们避免了可能的交错铁电到顺电相变，同时还保留了铁电和压电所需的非中心对称晶体结构。使用密度泛函理论计算，我们表明，（La，Pr）Al $_2$ O $_6$和（Ce，Pr）Al $_2$ O $_6$显示在其极性基态结构的自发极化，我们还计算了每个阶段的介电常数和压电常数。此外，我们预测的临界相变温度为每种材料的第一性原理证明，压电响应，这是传统的无铅压电，应坚持高温。这些特征使得岩盐$A$位有序铝酸盐成为高温传感器、致动器或其他电子器件的候选者。
2014-03-02 cond-mat.mtrl-sci
Strain gradient induced polarization in SrTiO3 single crystals
压电性仅在非中心对称材料中是固有的，但如果受到不均匀变形，也可以在中心对称晶体中获得压电响应。这种现象被称为挠曲电，影响绝缘体的功能特性，特别是高介电常数材料的薄膜。我们测量了顺电SrTiO $_3$单晶中的应变梯度诱导极化作为温度和取向的函数，并低于105 K的相变。估计得到的挠曲电张量的所有组件，并基于这些计算表明，在SrTiO $_3$中的缺陷周围的局部极化可能超过最大的铁电极化。在相变下方检测到的挠曲电响应的符号反转表明SrTiO $_3$的铁弹畴壁可能是极性的。
2007-10-22 cond-mat.mtrl-sci
Reversibly Strain Engineering and Electric-Field Control of Crystal Symmetry in Multiferroic Oxides
本研究通过薄膜厚度调控残余应变，在 La 掺杂 BiFeO3 薄膜中稳定反铁电正交相，并实现电场下其与铁电菱方相之间的可逆相变。
2025-02-18 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
Engineering Multifunctional Response in Monolayer Fe3O4 via Zr Adsorption: From Half-Metallicity to Enhanced Piezoelectricity
University of West Bohemia（西波希米亚大学）；National Water and Energy Center, United Arab Emirates University（阿拉伯联合酋长国大学国家水与能源中心）；Center for Scientific Research and Entrepreneurship, Northern Border University（北疆大学科学研究与企业中心）
通过Zr吸附调控单层Fe3O4的磁性、光学和压电性能，实现多功能响应增强。
2025-12-11 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Emergent topological spin structures in a centrosymmetric cubic perovskite
Skyrmion晶体（SkX）具有多q螺旋自旋调制，是一种独特的拓扑结构，可以与非中心对称材料中的单q螺旋磁序竞争。在这里，我们报告的发现，在中心对称的立方钙钛矿SrFeO3的多种多样的多Q helmagnetic自旋结构。在中子衍射测量的基础上，我们已经确定了两种类型的强大的多q拓扑自旋结构，出现在外部磁场的情况下：各向异性的双q自旋螺旋和各向同性的四q螺旋托管的三维晶格的刺猬奇点。本系统不仅使SkX主体材料家族多样化，而且还提供了中心对称晶格和拓扑螺旋有序之间的实验缺失环节。它还提供了将SkX集成到氧化物电子器件中的前景。
2018-06-06 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Strain-induced polarization rotation in freestanding ferroelectric oxide membranes
本研究探讨自支撑铁电氧化物薄膜中应变对极化的影响，通过多种表征技术揭示折叠状Pb(Zr,Ti)O3薄膜顶点处极化从面外到面内的旋转，阐明应变与应变梯度的作用，为应变调控铁电特性提供新见解。
2025-04-12 cond-mat.mtrl-sci
Interface-tuning of ferroelectricity and quadruple-well state in CuInP$_2$S$_6$ via ferroelectric oxide
本文提出利用铁电氧化物PbZr$_{0.2}$Ti$_{0.8}$O$_3$界面调控CuInP$_2$S$_6$，克服其低居里温度和畴控制难题，显著增强超薄极限下的铁电性、压电性和极性排列，为柔性纳米器件应用提供有效策略。
2023-08-16 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Observation of Nonlinear Spin-Charge Conversion in the Thin Film of Nominally Centrosymmetric Dirac Semimetal SrIrO3 at Room Temperature
通过自旋轨道相互作用实现自旋电荷转换是当前自旋电子学研究的核心概念之一。基于线性响应区域中布洛赫波函数的Berry曲率估计了电荷和自旋流之间的相互转换效率。在线性区域之外，高阶电场项下的非线性自旋-电荷转换最近在动量空间中具有非平凡自旋织构的非中心对称材料中得到了证实。在这里，我们报告的非线性电荷自旋转换的观察名义上中心对称的氧化物材料，SrIrO 3，通过打破在界面处的反转对称性。由于狄拉克半金属带界面处的反对称自旋-轨道相互作用受衬底的对称性约束，在室温下观察到较大的二阶磁电系数。我们的研究表明，非线性自旋-电荷转换可以诱导在许多材料与强自旋-轨道相互作用的界面处，通过打破本地反转对称性，以引起自旋分裂，否则自旋简并系统。
2021-05-08 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Bulk photovoltaic effect in BaTiO$_3$-based ferroelectric oxides: An experimental and theoretical study
非中心对称系统所表现出的体光伏效应由于所观察到的大的开路电压而获得了研究兴趣。表现出反常光伏效应的铁电体系多为多相共存的结晶体系。因此，在建立一个多相系统的计算困难限制了详细的光伏研究，通过唯象和转移电流理论。在这项工作中，铁电体Ba $_{1- x}$（Bi $_{0.5}$ K $_{0.5}$）$_x$ TiO $_3$（BBKT）氧化物被设计成具有改善的极化特性的单相四元对称结晶，并且发现它表现出大的PV响应。BBKT样品的实验和理论研究表明，与母体BaTiO $_3$相比，带隙降低了约18%。短路电流作为光强度和光偏振角的函数测量揭示线性和正弦响应，分别。观察到的特征符合唯象理论。值得注意的是，x = 0.125样品显示出比母体化合物高约8倍的开路电压（7.39 V）。从O-2 p轨道占据的价带和Bi-6p轨道占据的导带的额外电荷中心移动可以看出，增强的PV效应归因于沿z方向的大位移电流.值得注意的是，在BBKT中的导带最小值处的简并Bi-p $_z$状态有利于z方向上的大移位电流响应。
2021-04-07 cond-mat.mtrl-sci
Berry Curvature Dipole-induced Non-linear Hall Effect in Oxide Heterostructures
本研究提出非中心对称氧化物异质结构作为实现和调控 Berry 曲率偶极子诱导非线性霍尔效应的平台，通过第一性原理计算证明改变金属层数或 B 位阳离子可有效调控 BCD 大小，从而直接工程化非线性霍尔响应。
2025-10-23 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
A-site Cation disorder engineering in Ruddlesden-Popper Layered Perovskite Oxide La2(Ba,Sr)In2O7 for Ferroelectricity
该研究在 La2Ba1-xSrxIn2O7 中通过 A 位 Sr/Ba 取代与阳离子无序诱导极性 A21am 相，揭示混合非本征铁电机制并实现室温铁电性。
2025-03-14 cond-mat.mtrl-sci
Chiropiezoelectric Energy Harvesting from Lattice-Handedness-Controlled Selenium Nanowires
Korea Advanced Institute of Science and Technology (KAIST)（韩国科学技术院）；Applied Science Research Institute, Korea Advanced Institute of Science and Technology (KAIST)（韩国科学技术院应用科学研究院）；Department of Materials Science and Engineering, Korea Advanced Institute of Science and Technology (KAIST)（韩国科学技术院材料科学与工程系）
研究提出原子手性工程作为无机压电纳米材料设计原则，以原子手性三角硒纳米线为模型，发现相同化学成分下晶格手性改变压电性能，为设计压电材料开辟新途径。
2026-07-07 cond-mat.mtrl-sci
High-throughput search for magnetic and topological order in transition metal oxides
$\rm MnBi_2Te_4$中内禀磁拓扑序的发现，使人们对磁相和拓扑相共存材料的研究又向前迈进了一步。这些多阶量子材料有望表现出新的拓扑相，可以用磁场进行调谐，但对这种材料的研究受到预测磁结构和稳定性的困难的阻碍。在这里，我们计算超过27，000独特的磁性排序超过3,000过渡金属氧化物在材料项目数据库中，以确定其磁基态，并估计其有效的交换参数和临界温度。我们进行了高通量的中心对称磁性材料的能带拓扑分析，计算拓扑不变量，并确定了18个新的候选铁磁拓扑半金属，轴子绝缘体和反铁磁拓扑绝缘体。为了加速未来的努力，机器学习分类器被训练来预测磁基态和磁拓扑顺序，而不需要第一性原理计算。
2020-06-01 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el physics.comp-ph
Group-I lead oxide X$_2$PbO$_3$ (X=Li, Na, K, Rb, and Cs) glass-like materials for energy applications: A hybrid-DFT study
本文采用杂化DFT与Boltzmann输运理论研究X$_2$PbO$_3$类玻璃材料，验证其稳定性并评估压电及热电性能，发现ZT可达0.3–0.63。
2025-07-23 cond-mat.mtrl-sci
Antisymmetric Planar Hall Effect in Rutile Oxide Films Induced by the Lorentz Force
本研究在中心对称金红石RuO2和IrO2单晶薄膜中实验观测了由洛伦兹力诱导的反对称平面霍尔效应，该效应与面内磁场沿特定晶轴的分量呈线性关系，为探索霍尔效应家族新成员及面内磁化诱导的异常霍尔效应开辟了新途径。
2024-06-03 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Superlattice-induced ferroelectricity in charge-ordered La$_{1/3}$Sr$_{2/3}$FeO$_{3}$
电荷序驱动铁电体是一类新兴的功能材料，不同于传统的铁电体，其中电子主导的开关可以在高频下发生。尽管它们有希望，但到目前为止，只有少数表现出这种行为的系统在实验上得以实现，这激发了对新材料的需求。在这里，我们使用密度泛函理论研究人工结构的混合价固溶体La $_{1/3}$ Sr $_{2/3}$ FeO $_{3}$（LSFO），一个系统的实验研究的效果。我们的计算表明，A位阳离子（111）层状LSFO表现出铁电电荷有序相，其中反转对称性被打破，通过改变注册表的电荷顺序相对于超晶格分层。该相位是能量简并与基态中心对称相位，和计算的开关极化是39 $μ$ C/cm $^{2}$，一个显着的值所产生的电子转移Fe离子之间。我们的计算表明，人工结构的LSFO和其他混合价氧化物具有强大的电荷有序的固溶体相可以导致电荷顺序诱导的铁电性。
2019-04-19 cond-mat.mtrl-sci
Electric-Field-Induced Second Harmonic Generation at a Reconfigurable LaAlO$_3$/SrTiO$_3$ Nanojunction
University of Pittsburgh（匹兹堡大学）；University of Wisconsin-Madison（威斯康星大学麦迪逊分校）
本研究利用cAFM光刻制备LaAlO$_3$/SrTiO$_3$纳米结，实现电场诱导二次谐波产生，验证其可作为纳米非线性光学可重构平台，兼具亚波长光源与近场探测功能。
2026-08-24 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
