Ultrafast x-ray diffraction of a ferroelectric soft mode driven by broadband terahertz pulses
在太赫兹频率范围内的强烈的，几个周期的脉冲具有很强的潜力，在电子基态的固态材料的振动模式的控制方案。在这里，我们报告了一个实验，使用单周期太赫兹脉冲直接激发晶格振动的铁电材料$\mathrm{Sn_2P_2S_6}$和超快X射线衍射，以量化所产生的结构动力学。由太赫兹脉冲的瞬态电场驱动的阻尼谐振子模型很好地描述了Sn $^{2+}$离子沿铁电软模的运动。最后，我们描述了这个模型的非谐扩展，它预测在峰值太赫兹频率场为790 kV/cm的域的相干开关。
2016-02-17 cond-mat.mtrl-sci
Terahertz-Field-Induced Ferroelectricity in Quantum Paraelectric SrTiO$_3$
“隐藏相”是物质的亚稳态集体状态，通常在平衡相图上无法访问。这些相可以在其他常规材料中拥有奇异的特性，因此可以实现新的功能和应用，但它们的发现和使用仍处于早期阶段。利用强太赫兹电场激发，我们表明，一个超快相变到一个隐藏的铁电相可以动态诱导的量子顺电SrTiO $_3$。晶体对称性的降低导致声子激发谱的急剧变化。我们的研究结果表明集体相干控制材料结构，其中一个单周期场驱动离子沿微观路径直接导致其位置在一个新的晶相上的超快时间尺度。
2018-12-27 cond-mat.mtrl-sci
Terahertz dielectric response and coupled dynamics of ferroelectrics and multiferroics from effective Hamiltonian simulations
铁电和多铁性材料是一类重要的功能材料。在过去的二十年里，基于第一性原理的有效哈密顿方法已经成功地开发来模拟这些材料。近年来，有效哈密顿方法与分子动力学方法进一步结合，研究了各种钙钛矿的太赫兹动力学性质。通过这种组合，各种铁电和多铁性材料，包括BaTiO_{3}，Ba（Sr，Ti）O_{3}，Pb（Zr，Ti）O_{3}，BiFeO_{3}和SrTiO_{3}块体和薄膜已经被模拟，这导致了对复杂现象的理解和新的效果的发现。在这篇综述中，我们首先介绍了有效哈密顿量和分子动力学模拟的技术细节。然后，我们提出了这两种技术的组合应用到不同的钙钛矿。最后，我们还简要讨论了这种方法未来可能的发展方向。
2013-08-06 cond-mat.mtrl-sci
Competing Lattice and Defect Dynamics Govern Terahertz-Induced Ferroelectricity in Quantum Paraelectric SrTiO$_3$
University of Electronic Science and Technology of China（电子科技大学）；Institute of Electronic and Information Engineering, University of Electronic Science and Technology of China（电子科技大学电子信息工程学院）；Beijing National Laboratory for Condensed Matter Physics, Institute of Physics, Chinese Academy of Science（中国科学院物理研究所凝聚态物理国家实验室）
本研究揭示了太赫兹脉冲通过竞争晶格和缺陷动力学诱导SrTiO₃中的瞬态铁电性，证实了缺陷介导的竞争在光诱导铁电性中的核心作用。
2025-12-08 cond-mat.mtrl-sci
Terahertz wave generation via optical rectification from multiferroic BiFeO3
我们检测到宽带相干太赫兹（THz）发射后，从多铁性BiFeO 3高品质的块体单铁电畴晶体与~100 fs的光脉冲。太赫兹辐射波形与光脉冲能量和偏振态的关系符合太赫兹辐射的光整流机制。太赫兹辐射提供了一个灵敏的探针的电极化的强度状态的BiFeO 3，使应用在铁电存储器和铁电畴成像。我们还报告了室温太赫兹光学常数的BiFeO 3。
2008-11-06 cond-mat.mtrl-sci
Ultrafast terahertz-field-driven ionic response in ferroelectric BaTiO$_3$
与电场操纵铁电体中的极化相关的动态过程在很大程度上仍然未知，但从根本上决定了铁电材料和器件的速度和功能。在这里，我们应用亚皮秒的持续时间，单周期太赫兹脉冲作为超快电场偏置的原型BaTiO $_3$铁电薄膜与原子尺度的响应探测飞秒X射线散射技术。我们发现，施加垂直于铁电极化的电场驱动大幅度位移的钛原子沿铁电极化轴，相当于内置的位移与内在的极化和不相干的跨单元格。这种效应与铁电极化在皮秒时间尺度上打开然后关闭的动态旋转有关。这些瞬态极化调制之后，由铁电软模式的共振激发驱动的长寿命的振动加热效应，反映在c轴四方性的变化。这里描述的超快结构表征，使直接比较与第一性原理为基础的分子动力学模拟，获得良好的协议。
2016-10-31 cond-mat.mtrl-sci
Ferroelectric-Gated Terahertz Plasmonics on Graphene
受低功耗铁电门控存储器和晶体管的最新进展的启发，我们提出了一种基于石墨烯片夹在铁电晶体中的铁电门控纳米等离子体器件的设计。我们发现，在太赫兹频率下，石墨烯中的二维等离子体激元与铁电体中的声子极化激元强烈耦合，导致仅在3- 4 THz下的100- 200 nm量级的特征模态波长。通过将铁电体图案化到不同的域中，可以产生紧凑的芯片上等离子体激元波导，其即使在50 nm的分离距离下也表现出可忽略的串扰。利用铁电体的记忆效应，可以在这些等离子体波导上实现低功率的电光开关。
2013-01-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Terahertz radiation by optical rectification in a hydrogen-bonded organic molecular ferroelectric crystal, 2-phenylmalondialdehyde
在室温下，在氢键键合的有机分子铁电晶体2-苯基丙二醛（PhMDA）中观察到了太赫兹辐射。辐射的电磁波由时间宽度为$\sim$ 0.5 ps的单周期太赫兹脉冲组成。PhMDA中的太赫兹辐射幅度除以样品厚度几乎等于典型的太赫兹波发射器ZnTe中的太赫兹辐射幅度。这归因于来自PhMDA的太赫兹辐射在130 $\sim$ ~ 800 $μ$ m范围内的长相干长度。从相位匹配的角度讨论了PhMDA作为太赫兹辐射源的可能性。
2014-09-10 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Binding energies of hydrogen-like impurities in a semiconductor in intense terahertz laser fields
从理论上研究了线偏振太赫兹激光辐射对半导体中类氢杂质能态的影响。研究了1s态和2p态的结合能随太赫兹辐射强度和频率的变化关系。
2003-04-11 cond-mat.mtrl-sci
Depolarization field in thin ferroelectric films with account of semiconductor electrodes
在唯象的Ginzburg-Landau理论框架内，研究了半导体电极对铁电薄膜性质的影响。自由能的泛函中包含了不同德拜屏蔽长度的半导体电极对自由能的贡献。高掺杂半导体杂质半导体电极对退极化场和薄膜性能的影响很大。
2004-11-18 cond-mat.mtrl-sci
Terahertz Raman spectroscopy probe of intermolecular vibration in high-mobility organic semiconductors under uniaxial strain
对高迁移率有机单晶半导体进行了太赫兹拉曼光谱研究，通过太赫兹拉曼光谱研究了γ点处的声子能量与外部单轴应变的关系。单轴应变下的拉曼模式的峰位移的观察表明，应用外部应变可以有效地调整分子间的振动，特别是相关的电子-声子耦合。太赫兹拉曼光谱与分子动力学模拟结合进行提供了一个深入的了解最近发现的非常大的应变对高迁移率有机半导体中的电荷传导的影响。
2019-05-03 cond-mat.mtrl-sci
Theoretical Description of Ferroelectric and Pyroelectric Hysteresis in the Disordered Ferroelectric-Semiconductor Films
我们修改了Landau-Khalatnikov方法，并表明极性晶格和屏蔽带电缺陷决定无序铁电半导体的响应。该系统在外场作用下表现出空间非均匀的开关，而Landau-Khalatnikov模型描述的是在热力学矫顽场附近热释电系数峰尖锐的均匀开关。该模型给出了更真实的热释电磁滞回线形状，在矫顽场附近没有任何峰值，定性和定量地描述了典型的Pb（Zr，Ti）O_3和（Sr，Ba）Nb_2O_6薄膜的热释电磁滞回线。
2006-02-01 cond-mat.mtrl-sci
Colossal electroresistance in metal/ferroelectric/semiconductor tunnel diodes for resistive switching memories
我们提出了一种隧穿异质结构，通过用重杂质半导体代替金属/铁电/金属铁电隧道结中的一个金属电极。在这种金属/铁电/半导体隧道二极管中，由于铁电场效应，隧道势垒的高度和宽度都可以被电调制，从而导致巨大的隧道电阻。这一想法在Pt/BaTiO 3/Nb：SrTiO 3异质结构中实现，其中在室温下可以容易地实现高于10 $^4$的导通/截止电导比。在这些铁电隧道二极管中观察到的巨大的隧穿电阻、可靠的开关再现性和长时间的数据保持表明它们在非破坏性读出非易失性存储器中具有巨大的潜力。
2012-08-27 cond-mat.mtrl-sci
Ferroelectric metal-oxide-semiconductor capacitors using ultrathin single crystalline SrZrxTi1-xO3
多功能氧化物在半导体上的外延生长已经开辟了将新功能引入半导体器件技术的途径。特别是，集成在半导体上的铁电材料可能会导致低功率场效应器件，可用于逻辑和存储器。铁电金属氧化物半导体（MOS）电容器的发展是实现这种场效应器件的关键，其中铁电栅极的极化耦合到半导体沟道的表面电势。在这里，我们表明，铁电MOS电容器可以实现使用单晶SrZrxTi 1-xO 3（x = 0.7），已外延生长在Ge上。我们发现，SrZrxTi 1-xO 3的铁电性能是非常强大的，作为栅极层薄至5 nm对应的等效氧化物厚度仅为1.0 nm表现出一个~ 2 V的滞后窗口的电容-电压特性。具有纳米栅厚度的铁电MOS电容器的发展为纳米电子器件开辟了新的前景。
2017-03-01 cond-mat.mtrl-sci
Modeling of dielectric hysteresis loops in ferroelectric semiconductors with charged defects
我们提出了具有带电缺陷和普遍的非本征电导的铁电半导体的介电滞回线的唯象描述。我们修正了Landau-Ginsburg方法，证明了上述非均匀系统的宏观状态可以用三个序参量的三个耦合方程来描述。无论是实验观察到的矫顽场值远低于热力学和各种磁滞回线变形（收缩和双循环）已获得在我们的模型的框架。所得结果定量地解释了PZT厚膜等铁电材料的铁电开关现象。
2004-08-30 cond-mat.mtrl-sci
Terahertz Control of Optical Second-Harmonic Generation in Displacive Ferroelectrics: Electronic Bloch-State Reconstruction
School of Information Science and Technology, University of Science and Technology of China（中国科学技术大学信息科学与技术学院）；Guilin Julian Technology Co., Ltd.（桂林朱利安科技有限公司）；School of Electronic Engineering and Automation, Guilin University of Electronic Technology（桂林电子科技大学电子工程与自动化学院）；School of Chemistry and Chemical Engineering, Shaanxi University of Science and Technology（陕西科技大学化学与化工学院）；Laboratory of Quantum Information, University of Science and Technology of China（中国科学技术大学量子信息实验室）
本研究建立位移型铁电体中太赫兹调控光二次谐波产生的微观理论，揭示太赫兹驱动晶格畸变重构电子态以调制二次谐波响应的机制，为非平衡晶格动力学与超快非线性光学搭建微观桥梁。
2026-09-01 cond-mat.mtrl-sci
Peculiarities of polarization switching in ferroelectric semiconductors with charged inhomogeneities
我们提出了带电缺陷铁电半导体极化反转特性的唯象描述和占主导地位的非本征导电。我们修正了Landau-Ginsburg方法，证明了上述非均匀系统的宏观状态可以用三个序参量的三个耦合方程来描述。无论是实验观察到的矫顽场值远低于热力学和各种磁滞回线变形（轻微，收缩和双循环）已获得在我们的模型的框架。这些结果定性地解释了掺Ce的SBN单晶、掺Nd的PZT薄膜和掺La的PZT陶瓷等铁电体材料中的铁电开关现象。
2004-06-12 cond-mat.mtrl-sci
Theory of nonlinear terahertz susceptibility in ferroelectrics
University of Wisconsin-Madison（威斯康星大学麦迪逊分校）；The Pennsylvania State University（宾夕法尼亚州立大学）；Lawrence Livermore National Laboratory（劳伦斯利弗莫尔国家实验室）
本文基于Landau-Ginzburg-Devonshire理论框架，采用微扰方法推导出铁电体中离子极化的完整二阶非线性极化率张量，预测了BaTiO3和SrTiO3薄膜中增强的二阶介电极化率与低介电损耗共存，为太赫兹波与铁电材料非线性相互作用及应变工程提供了理论框架。
2024-08-05 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Theory of terahertz pulse transmission through ferroelectric nanomembranes
University of Wisconsin-Madison（威斯康星大学麦迪逊分校）；The Pennsylvania State University（宾夕法尼亚州立大学）
本文提出了一种基于Landau-Ginzburg-Devonshire理论和微扰方法的解析模型，用于预测铁电纳米膜在太赫兹脉冲激发下的晶格极化演化与脉冲传输，并揭示了利用共振极化-光子耦合反转圆偏振太赫兹脉冲手性的新机制，为太赫兹波调制提供了不依赖超表面的新途径。
2025-09-04 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Fractional-Quantum Ferroelectrics: A Route to High-Mobility Ferroelectric Semiconductors
Beijing Institute of Technology（北京理工大学）
本研究通过第一性原理计算发现，分数量子铁电α-In2Se3因极化源于离散原子位移而避免铁电模散射，室温迁移率超70 cm²/(V s)，掺杂后超300，为高迁移率铁电半导体提供新途径。
2026-09-15 cond-mat.mtrl-sci
Finite size and intrinsic field effect on the polar-active properties of the ferroelectric-semiconductor heterostructures
本文用Landau-Ginzburg-Devonshire方法计算了含有铁电薄膜和初始铁电薄膜的铁电-半导体异质结构中的电场、极化和空间电荷的平衡分布。极化梯度和内在的表面能，界面偶极子和极化动力学上的自由电荷的作用进行了具体探讨。铁电-半导体界面的本征场效应导致表面能带弯曲，在半导体表面附近形成耗尽型空间电荷层。在局部极化反转（由扫描探针显微镜（SPM）探针的纳米尺寸尖端感应的不均匀电场引起）期间，界面层的厚度和电荷急剧变化，特别是屏蔽载流子的符号由极化方向决定。得到的解析解可以扩展到分析极化介导的电子输运。
2009-12-31 cond-mat.mtrl-sci
Electric control of spin injection into a ferroelectric semiconductor
电场控制自旋相关性质已成为现代材料研究中最引人注目的现象之一，由于新的器件功能的承诺。这种方法的范例之一是使用铁电极化作为控制参数来电切换注入到半导体中的载流子的自旋极化。采用第一性原理密度泛函方法，研究了电子掺杂BaTiO 3（n-BaTiO 3）的铁电极化对SrRuO 3/n-BaTiO 3（001）界面自旋极化透射的影响.我们的研究表明，界面传输是负的自旋极化和铁电极化反转导致的变化，在运输自旋极化从-65%到-98%。我们发现，这种效果源于费米波矢量之间的大的差异，在铁磁SrRuO 3和铁电极化开关驱动的运输制度的变化，向上和向下自旋。自旋极化的预测相当大的变化提供了一个非易失性的机制，以电控制自旋注入基于磁控管的自旋电子器件。
2014-06-05 cond-mat.mtrl-sci
Direct evidence of strong local ferroelectric ordering in a thermoelectric semiconductor
据认为，所提出的新的家庭的多功能材料，即铁电热电可能会表现出增强的功能，由于耦合的热电参数与铁电极化固体。因此，铁电热电材料具有重大的技术和基础意义。作为朝着这个方向迈出的第一步，最重要的是确定现有的高性能热电材料表现出铁电性。在此，通过对局域极化反转的直接测量，我们证明了最近发现的热电半导体$AgSbSe_{2}$具有局域铁电有序。利用压电响应力显微镜，我们证明了纳米尺度的铁电畴的存在，可以通过外部电场切换。这些观察结果是有趣的，因为$AgSbSe_{2}$以具有中心对称空间群（Fm-3 m）的立方岩盐结构结晶，因此预期没有铁电性。然而，从高分辨率透射电子显微镜（HRTEM）测量，我们发现的证据，局部超结构的形成，我们认为，导致局部扭曲的中心对称安排在$AgSbSe_{2}$，并给出了所观察到的铁电性。Sb的立体化学活性$5s^{2}$孤对电子也可引起局部结构畸变，这在$AgSbSe_{2}$中产生铁电性。
2014-05-12 cond-mat.mtrl-sci
Highly Polarizable Semiconductors and Universal Origin of Ferroelectricity in Materials with a Litharge-Type Structural Unit
Westlake University（西湖大学）；Zhejiang University（浙江大学）
研究发现具有石英型结构单元的材料具有高极化率和铁电转变的普遍起源，为多功能材料设计提供新机遇。
2024-12-16 cond-mat.mtrl-sci
AlScN: A III-V semiconductor based ferroelectric
铁电开关首次在基于III-V族半导体的材料AlScN中明确地展示--这一发现有助于满足对具有高性能和与通用半导体技术良好的技术兼容性的薄膜铁电体的迫切需求，所述通用半导体技术产生于大量存储器、微/纳米致动器和基于控制电极化的新兴应用。在AlScN中的铁电性的外观可以与原始纤锌矿型晶体结构的连续变形朝向层状六方结构随着Sc含量和拉伸应变的增加，这是预期可扩展到其他III族氮化物基固溶体。系统可调的矫顽力场大于3 MV/cm，高剩余极化超过100 μC/cm $^2$，这构成了对III族氮化物基材料中先前无法获得的自发极化的首次实验估计，一个几乎理想的方形滞后，在-0.3%到+0.4%的宽应变区间内产生优异的压电线性以及顺电转变温度超过600°C。这种有趣的组合属性是我们的知识，因为现在前所未有的领域的多晶铁电薄膜，并承诺显着推进铁电功能的开始集成到微米和纳米技术，而在同一时间提供实质性的洞察力的一个中心开放的问题的III族氮化物半导体-其实际的自发极化。
2018-11-26 cond-mat.mtrl-sci
Nonlinear optics of III-V semiconductors in the terahertz regime: an ab-initio study
我们从第一性原理计算了锌半导体非线性极化率$χ^{(2)}$的红外色散。在太赫兹频率下，非线性极化率不仅取决于纯电子响应$χ^{(2)}_{\infty}$，还取决于描述离子运动贡献的其他三个参数$C_1$、$C_2$和$C_3$。它们与TO拉曼极化率、二阶位移诱导的电介质的极化和三阶晶格势有关。与以前的理论相反，我们发现，机械非谐性（$C_3$）占主导地位的电非谐性（$C_2$），这是与最近的实验GaAs。我们预测，尖锐的最小值最近观察到的GaAs之间的$ω_{\rm TO}/2$和$ω_{\rm TO}$的二次谐波产生的强度不会发生其他几个III-V族化合物。
2006-08-29 cond-mat.mtrl-sci
Giant modulation of the electron mobility in semiconductor Bi$_2$O$_2$Se via incipient ferroelectric phase transition
高迁移率层状半导体具有实现下一代电子和计算的潜力。本文证明了在层状半导体Bi $_2$ O $_2$ Se中观察到的电子迁移率源于初始的铁电转变，该铁电转变赋予材料以针对库仑散射引起的迁移率退化的鲁棒保护。基于电子-声子相互作用和离子化杂质散射的第一性原理计算表明，Bi $_2$ O $_2$ Se的电子迁移率在较宽的掺杂浓度范围内可达到10 $^4$到10 $^6$ cm $^2$ V $^{-1}$ s $^{-1}$.此外，1.7%的小弹性应变可以驱动材料朝向独特的层间铁电转变，导致介电常数的大幅增加和低温电子迁移率的巨大增强超过一个数量级。这些结果为通过相位和介电工程实现高迁移率层状半导体开辟了一条新的途径。
2022-03-28 cond-mat.mtrl-sci
Analytical model and dynamical phase-field simulation of terahertz transmission across ferroelectrics
本文基于Landau-Ginzburg-Devonshire理论推导铁电薄板太赫兹传输的解析表达式，并用耦合应变、极化与电磁波的动力学相场模拟验证，揭示厚度和频率对传输的影响，为低散热非易失太赫兹调制提供理论依据。
2024-02-24 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Excitonic terahertz absorption in semiconductors with effective-mass anisotropies
发展了一种计算具有各向异性有效质量的半导体激子性质及其太赫兹响应的微观方法。该方法示出的例子中的锗，它示出的各向异性的电子质量在L-谷导致两个不同的太赫兹吸收共振分离0.8毫电子伏。
2016-02-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Modeling of micro- and nano-scale domain recording by high-voltage atomic force microscopy in ferroelectrics-semiconductors
计算了铁电半导体晶体中微畴和纳米畴在原子力显微镜针尖电场作用下的平衡尺寸。该畴被认为是一个扁长的半椭球体，畴壁相当薄。首次考虑了样品的半导体性质和畴壁的表面能，修正了Landauer模型。晶体内部的自由载流子导致在畴周围形成屏蔽层，该屏蔽层部分地将其内部与去极化场屏蔽。我们通过晶体材料参数（屏蔽半径、自发极化值、介电常数张量）和原子力显微镜针尖特征（电荷、曲率半径曲率半径）来表示畴的半径和长度。通过施加电压的畴半径的依赖关系是在一个很好的定量协议与高压原子力和扫描探针显微镜记录在铌酸锂和钽酸锂晶体的亚微米铁电畴。
2005-05-16 cond-mat.mtrl-sci
Colossal terahertz emission with ultrafast tunability based on van der Waals ferroelectric NbOI$_2$
本文发现范德华铁电半导体NbOI$_2$具有比ZnTe高一个数量级的太赫兹发射效率，并揭示了其与铁电极化相关的机制，同时演示了双泵浦方案下的超快相干调控，为高性能太赫兹器件奠定基础。
2024-12-11 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Properties of the ferroelectric visible light absorbing semiconductors: Sn$_2$P$_2$S$_6$ and Sn$_2$P$_2$Se$_6$
具有合适带隙的铁电体作为太阳能吸收材料的候选材料，近年来引起了人们的关注。反转对称性破缺可以促进光激发载流子的分离并允许高于带隙的电压。然而，这些影响并没有得到充分的理解，部分原因是缺乏适当的模型系统来详细研究这些影响。在这里，我们使用第一性原理计算报告了铁电Sn $_2$ P $_2$ S $_6$和Sn $_2$ P $_2$ Se $_6$的性质。结果给出的电子结构，载流子口袋的形状，光吸收和运输。我们发现间接带隙分别为2.20 eV和1.55 eV，和有利的能带结构的载流子传输，包括空穴和电子。在2.43 eV和1.76 eV的直接带隙以上发现强吸收。因此，这些化合物可以作为有用的模型系统，了解铁电半导体的光伏效应。
2017-11-21 cond-mat.mtrl-sci
Two-dimensional Ferroelectric Ferromagnetic Half Semiconductor in VOF monolayer
本文提出了一种高稳定性的二维多铁性VOF单层材料，它是一种具有大自旋极化度~2 $μ_{B}/V$原子和沿a轴（410 $μeV/V$原子）显著的单轴磁各向异性的本征铁磁半导体。同时，VOF具有很好的铁电性，其自发极化强度为32.7 $μC/cm^{2}$，两个铁电态之间的能垒为43 meV/atom，这归因于Jahn-Teller畸变，并且VOF单层在面内方向具有超大的负泊松比（~-0.34）.基于伊辛模型的蒙特卡罗模拟结果表明，VOF单层材料的居里温度约为215 K，在室温下，该温度在-4%的双轴压缩应变下可以得到提高.
2021-05-31 cond-mat.mtrl-sci
Modelling of Pyroelectric Response in Inhomogeneous Ferroelectric-Semiconductor Films
本文对Landau-Khalatnikov方法进行了改进，证明了非均匀铁电-半导体薄膜的热释电响应可以用六个序参量的耦合方程来描述：平均位移及其均方涨落和与电荷缺陷密度涨落的相关性，平均热释电系数及其涨落和与电荷缺陷密度涨落的相关性。与Landau-Khalatnikov型方程相比，耦合方程描述了热释电响应的非均匀反转，热释电系数在热力学矫顽场附近出现尖锐的峰。在我们的模型框架内，热释电的磁滞回线变得更加平滑，薄和低，以及热释电系数峰附近的矫顽场完全消失的缺陷引起的无序的增加。这种效应类似于弛豫铁电体中铁电滞回线的“正方形到细长形的转变”。缺陷浓度的增加也导致无序铁电体典型的矫顽场急剧下降。掺杂和非均匀铁电体的热释电磁滞回线通常具有典型的光滑形状，没有任何热释电系数峰，矫顽场值远低于热力学值。因此，我们的方法定性地解释了现有的实验结果。我们的模型和典型的Pb（Zr，Ti）O_3-膜的热释电和铁电回路之间的定量协议已经得到。
2005-10-16 cond-mat.mtrl-sci
Evaluation of polarization characteristics in metal/ferroelectric/semiconductor capacitors and ferroelectric field-effect transistors
在这项研究中，我们提出了一种测量技术，用于评估铁电场效应晶体管（FeFET）的铁电极化特性。与标准的金属/铁电/金属电容器不同，在使用快速电压扫描作为输入评估铁电性能时，必须仔细考虑半导体衬底中的耗尽和反转现象。发现非平衡深耗尽是精确评估金属/铁电/半导体电容器铁电性能的限制因素。通过在极化测量期间将FeFET的源极、漏极和衬底连接在一起，可以抑制深耗尽并且可以准确地评估铁电栅极的铁电性。本技术是一个强大的方法，用于捕获FeFET中的极化状态，使新的方法用于器件表征和基础研究，并克服了在2端金属/铁电/半导体电容器的常规极化测量中发现的限制。
2020-06-16 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Ferroelectric Rashba Semiconductors as a novel class of multifunctional materials
在现代材料科学中，新的性质、效应或微观机制的发现往往是由对将几种功能结合成单一化合物的追求所驱动的：不仅是后者功能的并列，而且特别是它们的耦合，可以在基本凝聚态物理和技术中开辟新的视野。半导体自旋电子学也不例外。在这种情况下，我们通过密度泛函模拟发现，当相当大的自旋轨道耦合与铁电性相结合时，例如在GeTe中，人们获得了新的多功能材料-称为铁电Rashba半导体（FERSC）-其中，由于巨大的Rashba自旋分裂，自旋织构是可控的，并通过电场切换。这种特殊的自旋-电耦合可以在诸如硫属化物的小间隙绝缘体中找到天然的运动场，并且可以为电控半导体自旋电子学领域带来全新的资产
2014-02-07 cond-mat.mtrl-sci
Thermodynamical approach to nanodomain tailoring in thin ferroelectric-semiconductor films
提出了利用原子力显微镜电场对铁电-半导体薄膜进行纳米畴剪裁的理论。在考虑Debye屏蔽和发射电流引起的表面电荷层再充电的基础上，对已有的磁畴形成模型进行了修正，首次计算了BaTiO 3、PbZr xTi 1-xO 3和LiTaO 3铁电-半导体薄膜中纳米畴的实际尺寸.结果表明，畴壁的退极化场能、德拜屏蔽效应和高压场致发射导致了平衡畴尺寸的本质减小。首次得到了磁畴半径不随外加电压的减小而连续减小的结论：在一定的临界电压下，磁畴半径不为零。这一结果与实验观察到的PbZrxTi（1-x）O_3和LiTaO_3薄膜的阈值畴记录完全一致。这种阈值畴的形成类似于一级相变。我们希望，我们的研究结果将有助于确定必要的记录条件和适当的铁电介质，以获得稳定的畴在很宽的施加电压范围内的最小横向尺寸。
2005-09-16 cond-mat.mtrl-sci
Simulation and optimisation of terahertz emission from InGaAs and InP photoconductive switches
为了优化半导体材料，我们使用三维载流子动力学模型模拟了横向偏置InGaAs和InP的太赫兹发射。入射泵浦脉冲参数的电流钛：蓝宝石和Er：光纤激光器的选择，和模拟模型的半导体的带结构使用抛物线伽马，L和X谷，和重空穴。发射的太赫兹辐射在半导体内传播，并使用基于Drude-Lorentz介电函数的模型进入自由空间。随着InGaAs合金接近InAs，观察到发射功率的增加，这归因于更大的电子迁移率。此外，低温生长和离子注入InGaAs建模使用有限的载流子捕获时间。在亚皮秒捕获时间的太赫兹带宽被发现显着增加的成本降低的发射功率。
2005-11-17 cond-mat.mtrl-sci
Exciton-Population Inversion and Terahertz Gain in Resonantly Excited Semiconductors
本文从微观上研究了激光共振激发半导体中激子布居的形成。对于激发在$2s$激子共振，它示出，具有严格的$s$型径向对称的偏振可以有效地转换成非相干的$p$型人口。因此，可以获得$2p$和$1s$激子状态之间的反转，导致显著的太赫兹增益的出现。
2004-03-26 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Nonlinear Terahertz Emission in Semiconductor Microcavities
在极化激元激光机制下，研究了腔极化激元系统的非线性太赫兹辐射。为了解释太赫兹-极化激元耦合的量子本质，我们采用Lindblad主方程方法，证明了量子微腔在太赫兹波段具有丰富的非线性现象，包括双稳态、短THz脉冲产生和THz开关。
2013-03-23 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Al0.68Sc0.32N/SiC based metal-ferroelectric-semiconductor capacitors operating up to 1000 °C
本研究制备了Ni/Al0.68Sc0.32N/4H-SiC金属-铁电-半导体电容器，验证了其在1000℃下的稳定铁电特性，揭示了AlScN结合SiC衬底在高温非易失性存储中的应用潜力。
2025-03-19 cond-mat.mtrl-sci
Manipulating ferroelectric topological polar structures with twisted light
本研究在准二维 CsBiNb2O7 中利用携带 OAM 的紫外扭曲光共振激发声子模，结合成像、光谱与 DFT 实现可逆拓扑极化调控。
2024-10-27 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Ultrafast Terahertz Probe of Transient Evolution of Charged and Neutral Phase of Photoexcited Electron-hole Gas in Monolayer Semiconductor
利用超快泵浦和太赫兹探测光谱研究了化学气相沉积法生长的单层MoS 2中光激发电子-空穴等离子体激子的动态形成及其随后的衰减动力学。根据光激发电子空穴态对太赫兹光子的不同响应和衰减寿命，分辨出不同的光激发电子空穴态。所观察到的瞬态THz传输可以与两个衰减分量相拟合：一个衰减寿命为20 ps的快分量，这归因于包括激子形成和随后的激子内弛豫的激子寿命;一个衰减寿命为几ns的极长的慢分量，这是由于局域激子态或首次发现的长寿命暗激子态。的弛豫动力学进一步验证了温度和泵浦能量密度依赖的衰减时间常数的研究。
2014-10-11 cond-mat.mtrl-sci
Photo-induced currents and short-term memory for reservoir computing in a ferroelectric semiconductor
Norwegian University of Science and Technology (NTNU)（挪威科技大学）；University of Duisburg-Essen（杜伊斯堡-埃森大学）；University of Augsburg（奥格斯堡大学）
研究以ErMnO₃为模型，探索利用光生电流识别时变光脉冲用于储层计算的可能。该材料在白光照射下有非线性光生电流和可控弛豫动力学，经储层变换后，对“过去”输入脉冲识别精度从约33%提至约93%，展现铁电六方锰酸盐用于储层计算的潜力。
2026-07-24 cond-mat.mtrl-sci
Fe/GeTe(111) heterostructures as an avenue towards 'ferroelectric Rashba semiconductors'-based spintronics
通过密度泛函理论和格林函数计算，结合X射线光电子能谱，我们研究了Fe/GeTe（111）的电子结构。我们揭示了该体系由于交换作用、电极化的强度和自旋轨道耦合的复杂相互作用而呈现出一些有趣的性质。尽管Fe和GeTe带之间的界面杂交相当强，导致后者的表面状态的完全抑制，体Rashba带几乎没有改变的铁磁覆盖层。这可能对在该界面处观察到的自旋相关现象产生深刻影响，例如自旋-电荷相互转换，这可能涉及体相而不是表面Rashba态。
2019-07-09 cond-mat.mtrl-sci
Operando imaging of all-electric spin texture manipulation in ferroelectric and multiferroic Rashba semiconductors
通过外部手段控制电子自旋是自旋电子器件的关键问题。利用自旋和角度分辨光电子能谱（SARPES）与三维自旋检测，我们证明了在铁电GeTe和多铁Ge 1-xMnxTe的操作静电自旋操纵。我们不仅首次证明了由于铁电极化反转在Rashba半导体中的静电自旋操纵，而且还能够详细跟踪开关路径，并显示出在外场下Rashba分裂强度的增益。在多铁性Ge_（1-x）Mn_xTe中，由于电场诱导的磁化反转，导致了垂直自旋分量的翻转。这提供了有效的多铁性耦合的有力证据，该多铁性耦合打开了具有多个自旋切换路径的磁电功能性，其中磁和电序参量通过铁弹弛豫路径耦合。因此，这项工作提供了一种新的类型的磁电开关纠缠与Rashba-Zeeman分裂的多铁性系统。
2017-07-26 cond-mat.mtrl-sci
Spectral dynamics of topological shift-current in ferroelectric semiconductor SbSI
固体中的光激发引起电子/空穴在不同电子能带之间的跃迁。如果固体缺乏反转对称性，这些电子跃迁支持自发光电流，这是由于构成电子带的拓扑特征;贝里连接。这种光电流，称为移位电流，预计将出现在初级光激发过程的时间尺度上。通过探测发射的太赫兹电磁波，我们观察到了原型铁电半导体中位移电流的超快时间演化。通过将激发光子能量扫过带隙，作为太赫兹发射源的超快电子动力学突然改变了其性质，反映了Berry连接对带间光学跃迁的贡献。移位激发携带净电荷流，并且随后是电子-声子相互作用的亚皮秒时间尺度上的电子云的摆动。了解这些实质性的特点，转移电流将铺平道路，其应用于超快传感器和太阳能电池。
2018-01-31 cond-mat.mtrl-sci
Impact of electrodes on the extraction of shift current from a ferroelectric semiconductor SbSI
非中心对称块状晶体在没有任何偏压的情况下产生光电流。其中一个主要机制，漂移电流，来自于电子波函数的量子干涉，不同于由电子漂移或扩散引起的经典电流。然而，位移电流的无耗散性质尚未得到充分验证，可能是由于对电极作用的过早理解。在这里，我们表明，光电流显着增强通过选择电极与大的功函数的$p$型铁电半导体SbSI。优化的器件显示出几乎恒定的零偏置光电流，尽管光生载流子迁移率随温度的变化很大，这可能是一个明确的标志，无耗散性质的移位电流。与传统的光伏器件不同，移位电流发生器作为多数载流子器件工作。本研究提供了基本的设计原则，能量收集和光电检测设备的新架构的最佳的偏移电流光伏效应。
2018-09-10 cond-mat.mtrl-sci
Giant directional dichroism of terahertz light in resonance with magnetic excitations of the multiferroic oxide BaCo$_2$Ge$_2$O$_7$
我们建议，同时磁性和铁电性，即多铁性，赋予电活性磁激发（电磁子）的化合物提供了一个关键，以产生大的方向性二向色性长波长的光。利用多铁性氧化物Ba $_2$ CoGe $_2$ O $_7$中铁电极化和磁化的控制，我们证明了这种定向光开关功能在太赫兹频率下与电磁子吸收共振的实现。我们的研究结果表明，这种隐藏的潜力是目前在各种各样的多铁性。
2010-10-26 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
The screening effects influence on the nano-domain tailoring in ferroelectrics-semiconductors
计算了BaTiO_3和LiNb_3铁电半导体中原子力显微镜针尖电场记录的纳米畴的实际尺寸，并与以往的计算结果进行了对比.我们修改了现有的畴形成模型，允许德拜屏蔽，充电的迟缓的表面屏蔽层之间的尖端尖端和畴对接表面的发射电流和畴退极化场的重新分配引起的充电尖端。结果表明，畴壁的退极化场能、德拜屏蔽效应和高压场致发射导致了平衡畴尺寸的本质减小。我们得到，畴长和畴半径并不随电压的降低而连续减小：在一定的临界电压下，畴长和畴半径都不为零。这种“阈值”畴的形成类似于一阶相变，并且与最近的理论和实验研究相关。
2005-11-18 cond-mat.mtrl-sci
Class of Rashba ferroelectrics in hexagonal semiconductors
我们提出了一类Rashba系统的六角半导体化合物，其中的电控制自旋轨道纹理提供了他们的体铁电性。我们的第一性原理计算揭示了一些这样的材料与大Rashba系数。此外，我们表明，应变可以驱动拓扑相变在这样的材料，导致铁电拓扑绝缘状态。我们的发现可以为Rashba效应，铁电性和拓扑现象之间的相互作用开辟道路。
2016-05-02 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Breakdown of Herring's processes in cubic semiconductors for sub-terahertz longitudinal acoustic phonons
在目前的工作中，我们解释了GaAs中的纵向声学声子的衰减作为声子能量$ω$的函数在亚太赫兹域的异常行为。这些沿[100]方向的衰减在低温下在0.6和1 GHz之间显示出平台。我们发现我们中的一些人进行的测量与三阶非谐波过程的新\textit{ab initio}计算之间存在良好的一致性。高原的形成解释了不同的声子-声子散射过程之间的竞争，海岭的机制，在低频占主导地位，饱和和消失。高原被示出由声子的最终状态相空间在给定的温度下可用。我们预测，散射机制的变化也应该出现在硅的衰减约1.2-1.7太赫兹，并认为衰减平台是立方半导体的一般特征。
2018-11-29 cond-mat.mtrl-sci
Experimentally Exploring the Interatomic Potential in a Ferroelectric Crystal via Optimal Ultrafast Lattice Control
我们提出了一个直接的比较共振太赫兹（THz）和非共振脉冲受激拉曼散射（ISRS）激发的声子极化激元在铁电锂离子。THz激发提供了选择性地仅将前向传播的声子-极化激元模式驱动到极高振幅的优点，而没有由于在拉曼激发中使用的高800 nm泵浦注量下的非线性过程而引起的复杂化。在峰-峰太赫兹电场强度超过1 MV/cm时，铁电晶格被驱动到非谐状态，从而允许实验确定势能面的形状。
2017-01-31 cond-mat.mtrl-sci
Achieving ferroelectricity in a centrosymmetric high-performance semiconductor by strain engineering
在二维半导体中通过应变进行的相位工程对于各种应用都是非常重要的。在这里，我们提出了一个应变诱导铁电（FE）转变的硒氧化铋（Bi $_2$ O $_2$ Se）薄膜，下一代电子学的高性能（HP）半导体的研究。Bi $_2$ O $_2$ Se在环境温度下为非FE。当加载力为$\gtrsim 400$ nN时，压电力响应在幅值和180 $^\textrm{o}$相位切换上呈现蝶形环。通过仔细排除外在因素，这些功能是由于过渡到FE阶段。单轴应变下光学二次谐波产生的尖锐峰的出现进一步证明了这种转变。从根本上说，固体与顺电在环境和FE下的应变是稀缺的。借助第一性原理计算和理论模拟讨论了FE转变。FE极化的切换充当接触处的肖特基势垒工程的旋钮，并且用作具有10 $^6$的巨大切换比的忆阻器的基础。我们的工作赋予了一个新的自由度的HP电子/光电子半导体和FE和HP磁阻的集成铺平了道路，多个令人兴奋的功能，包括HP神经形态计算和散装piezophotovoltaic。
2023-03-06 cond-mat.mtrl-sci
