Piezoelectric Electron-Phonon Interaction from Ab Initio Dynamical Quadrupoles: Impact on Charge Transport in Wurtzite GaN
$e$ -ph相互作用的第一性原理计算正在成为电子结构理论的支柱。然而,目前的做法是不完整的。压电(PE)$e$ -ph相互作用是一种非中心对称极性材料中声学声子的长程散射机制,目前还没有精确的描述。目前的计算包括短程$e$ -ph相互作用(通过插值获得)和极性材料中的偶极类Fröhlich长程耦合,但缺乏重要的声学模式和PE材料的四极效应。在这里,我们推导并计算了动态四极子引起的长程$e$ -ph相互作用,并应用此框架研究了PE材料纤锌矿GAN中的$e$ -ph相互作用和载流子迁移率。我们表明,四极子的贡献是必不可少的,以获得准确的$e$ -ph矩阵元的声学模式,并计算PE散射。我们的工作解决了从第一性原理正确计算$e$ -ph相互作用的声学模式的突出问题,并使$e$ -ph耦合和电荷输运在PE材料的研究。
2020-02-19 cond-mat.mtrl-sci
Enhanced piezoelectric response of AlN via CrN alloying
由于AlN已成为一种重要的压电材料,用于各种各样的应用,已经作出努力,以增加其压电响应,通过合金化过渡金属,可以取代铝的纤锌矿晶格。在这里,我们报告密度泛函理论计算的结构和性能的Cr-AlN系统的铬浓度范围过去的纤锌矿岩盐转变点。通过研究纵向压电系数的不同贡献,我们提出Cr-$_x$-Al-$_{1-x}$-N合金中压电性增强的物理根源是用较大的Cr离子取代Al后纤锌矿结构的内部参数$u$的增加。在一组纤锌矿结构的材料,我们已经发现,Cr-AlN具有最敏感的压电系数相对于合金浓度。基于这些结果,我们提出Cr-AlN是一种可行的压电材料,其性能可以通过Cr组合物进行调整,我们支持这一建议的组合合成实验,这表明,Cr可以被纳入AlN晶格高达30%之前,可检测的过渡到岩盐发生。在该Cr含量下,压电模量$d_{33}$比纯AlN的压电模量大大约四倍。这一发现,结合相对容易的合成,可能会推动Cr-AlN作为主要的压电材料的应用,如谐振器和声波发生器。
2018-03-10 cond-mat.mtrl-sci
Origin of the anomalous piezoelectric response in wurtzite Sc$_x$Al$_{1-x}$N alloys
揭示了Sc-$_x$-Al $_{1-x}$-N合金压电系数异常增加400%的原因。量子力学计算表明,这种效应是内在的。它来自于内部原子坐标对应变的响应的强烈变化和C $_{33}$弹性常数的明显软化。潜在的机制是由于母纤锌矿和迄今为止实验未知的六方相的合金之间的竞争的能量景观的平坦化。我们的观察提供了一种途径,设计具有高压电响应的材料。
2010-03-17 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci
Unprecedented Enhancement of Piezoelectricity in Wurtzite Nitride Semiconductors via Thermal Annealing
研究通过简单可扩展的生长后热退火工艺,将30% Sc含量的ScAlN薄膜压电常数d33提升3.5倍至45.5 pC/N,使其有效机电耦合系数达76.2%,为超越5G体声波谐振器提供频率缩放机会,并揭示了多尺度增强机制。
2024-08-28 cond-mat.mtrl-sci
Correct implementation of polarization constants in wurtzite materials and impact on III-nitrides
热释电材料之间极化不连续性的精确值对于理解和设计异质结构的电子特性至关重要。对于纤锌矿材料,文献中已使用锌的结构作为参考,以确定有效的自发极化常数。我们表明,由于锌结构具有非零的正式极化,这种方法的结果在一个虚假的贡献材料之间的自发极化差异。此外,我们解决了正确的选择“不当”与“正确”的压电常数。对于技术上重要的III族氮化物材料GAN,AlN和InN,我们确定使用一致的参考的层状六方结构和正确选择的压电常数的基础上的极化不连续性,并讨论现有的实验数据的结果。
2016-05-24 cond-mat.mtrl-sci
First-principles calculation of electroacoustic properties of wurtzite (Al,Sc)N
采用基于密度泛函理论的第一性原理计算方法,研究了具有亚稳纤锌矿结构的氮化钪铝晶体Al $_{1-x}$ Sc $_x$ N的电声性质.我们提取电声器件设计相关的材料性能数据,即弹性和压电常数的全张量。原子模型的构建和分析的各种Sc浓度$0\le x\le50$ %。通过拟合从不同无序原子配置的平均过程中获得的数据,提取的钪浓度的材料特性的函数依赖性。我们给出了一个解释所观察到的弹性软化和异常增加的压电响应作为Sc含量的函数的元素具体分析的键长和键角。
2021-03-12 cond-mat.mtrl-sci
High quality epitaxial piezoelectric and ferroelectric wurtzite Al$_{1-x}$Sc$_x$N thin films
针对溅射法制备的Al$_{1-x}$Sc$_x$N薄膜多晶、漏电流高的问题,本文通过脉冲激光沉积在蓝宝石和4H-SiC衬底上制备出单晶外延薄膜,x=0.3时仍保持纯纤锌矿相,压电系数提升5倍且极化可切换,适用于高频RF滤波器等器件。
2024-08-21 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Heterostructure Engineering for Wurtzite LaN
本研究通过第一性原理计算,探究了纤锌矿LaN在异质结构中的晶格匹配、界面束缚电荷及能带对齐,为基于wz-LaN的电子器件开发提供了理论指导。
2024-12-30 cond-mat.mtrl-sci
Enhanced Permittivity in Wurtzite ScAlN through Nanoscale Sc Clustering
Nova Research Inc(新研究公司);U.S. Naval Research Laboratory(美国海军研究实验室);Institute for NanoSystems Innovation (NanoSI), Northeastern University(东北大学纳米系统创新研究所)
通过纳米级钪富集簇增强ScAlN的介电常数,揭示MBE生长的ScAlN薄膜具有更高的介电性能。
2025-12-22 cond-mat.mtrl-sci
Polarization properties of wurtzite III nitride indicate the principle of polarization engineering
III族氮化物的自发极化和压电极化显著影响各种III族氮化物基器件的操作。我们报告了第三族氮化物二元和三元合金的自发极化(SP)和压电(PZ)常数与六方参考结构的从头算研究。这些计算的偏振特性为氮化物半导体器件的偏振工程提供了一个深刻的原则,基于此,我们提出了几个异质结,在结处具有接近零的偏振效应,可以潜在地提高光学和功率器件的性能。极化掺杂效应进行了研究,以及从AlN的BAlN分级的极化掺杂效应可以加倍。
2020-01-13 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
First-principles study of the phase competition, mechanical and piezoelectric properties of pseudo-binary (SiC)(AlN) alloy
Colorado School of Mines(科罗拉多矿业学院)
本研究通过第一原理方法研究伪二元(SiC)(AlN)合金的相竞争、机械和压电性质,分析其在BAW滤波器中的性能。
2025-12-11 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci
Distorted wurtzite unit cells: Determination of lattice parameters of non-polar a-plane AlGaN and estimation of solid phase Al content
与c面氮化物不同,由于晶格的各向异性和与衬底或缓冲层的热失配,在例如a面或m面取向上生长的“非极性”氮化物遇到各向异性面内应变。这种各向异性应变导致纤锌矿晶胞的畸变,并在三元合金中精确测定晶格参数和固相III族含量(x_solid)方面产生困难。在本文中,我们表明,晶格畸变是正交的,并概述了一个相对简单的程序,从高分辨率的X射线衍射测量的非极性III族氮化物外延层的晶格参数的测量。我们推导出一个近似表达式的x_solid考虑到各向异性应变。我们说明了这一点,使用a-平面AlGaN的数据,在那里我们测量的晶格参数和估计的固相Al含量,也表明这种方法是适用于m-平面结构。
2010-06-22 cond-mat.mtrl-sci
Tip-Based Proximity Ferroelectric Switching and Piezoelectric Response in Wurtzite Multilayers
Frantsevich Institute for Problems in Materials Science, National Academy of Sciences of Ukraine(乌克兰国家科学院弗拉特谢维奇材料科学问题研究所);Institute of Physics, National Academy of Sciences of Ukraine(乌克兰国家科学院物理研究所);Department of Materials Science and Engineering, University of Tennessee(田纳西大学材料科学与工程系);Department of Materials Science and Engineering, Pennsylvania State University(宾夕法尼亚州立大学材料科学与工程系)
通过尖端电场诱导纤锌矿多层的接近铁电开关和压电响应,实现非铁电层的纳米级域反转控制。
2025-10-18 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Why does wurtzite form in nanowires of III-V zinc-blende semiconductors?
我们发展了一个基于成核的模型来解释纤锌矿(WZ)晶相的形成过程中的气-液-固生长的独立纳米线的锌(ZB)半导体。我们首先表明,在纳米线中,成核一般发生在固/液界面的外缘(三相线),而不是在固/液界面的其他地方。在目前的情况下,这意味着ZB和WZ核之间存在重大差异。根据相关的界面能,WZ成核有利于在高液体过饱和度。这解释了我们在纳米线生长的早期阶段对ZB的系统观察。
2007-06-06 cond-mat.mtrl-sci
Tuning the piezoelectric and mechanical properties of the AlN system via alloying with YN and BN
微机电系统的最新进展通常需要多功能材料,这些材料被设计为优化一种以上的性能。使用密度泛函理论计算合金化氮化物系统,我们说明了如何共合金化的压电材料(AlN)与不同的氮化物有助于同时调整其压电和机械性能。纤锌矿AlN-YN合金的压电响应随YN浓度的增加而增加,并伴随着沿晶体学c方向的机械软化。这两种效应都增加了与换能器和致动器相关的机电耦合系数。然而,谐振器应用需要优异的刚度,从而导致需要将增加的压电响应与软化的晶格解耦。我们发现,AlN与YN和BN的共合金化导致弹性性能的改善,同时保留了大部分的压电增强从YN合金化。这一发现可能会导致新的途径,调整压电材料的设计性能,通过成分属性地图。关键词:压电,机电耦合,密度泛函理论,共合金化
2017-08-12 cond-mat.mtrl-sci
On the material genome of wurtzite ferroelectrics
本研究将纤锌矿铁电体界定为五配位铁电体,揭示离子性驱动六方结构及层间距压缩机制,并解释掺杂降低矫顽场的原因。
2025-01-07 cond-mat.mtrl-sci
Precise Radiative Lifetimes in Bulk Crystals from First Principles: The Case of Wurtzite GaN
氮化镓(GAN)是固态照明的关键半导体,但其辐射过程尚未完全了解。在这里,我们展示了准确计算大块单轴晶体辐射寿命的第一原理方法,重点关注纤锌矿GAN。我们计算的辐射寿命在100 K以下与实验非常一致。我们表明,考虑到激子(通过Bethe-Salpeter方程)和自旋-轨道耦合,包括激子精细结构计算准确的辐射寿命是必不可少的。激子解离成自由载流子的模型使我们能够计算辐射寿命到室温。我们的工作使精确的辐射寿命计算III-氮化物和其他各向异性固态发射体。
2020-07-08 cond-mat.mtrl-sci
Solid-state-processing of d_PVDF
聚偏氟乙烯(PVDF)由于具有较大的压电响应和较高的热稳定性,一直被认为是一种理想的压电塑料。然而,压电PVDF元件的实现已被证明是有问题的,尤其是由于缺乏工业上可扩展的方法来将PVDF加工成适当的极性结晶形式。在这里,我们表明,完全压电PVDF薄膜可以通过一个单一的步骤过程,利用PVDF可以在低于其熔化温度的温度下成型,即通过固态加工。我们证明,我们从而产生d_PVDF,压电电荷系数的双轴拉伸的d_PVDF。我们预计,固态加工的简单性和可扩展性与我们PVDF结构的优异压电性能相结合,将为这种商品聚合物提供新的机会,并将为未来大规模工业生产塑料压电薄膜开辟一系列可能性
2017-06-25 cond-mat.mtrl-sci
Large Piezoelectric Response of van der Waals Layered Solids
通过压电模量张量(\textbf{d})测量的体压电响应由应变引起的电荷再分布和施加应力(刚度)产生的应变量的组合确定。受刚性较小的材料可以表现出大的压电响应的概念的启发,在这里,我们研究了范德华键合准二维离子化合物的压电模量使用第一性原理计算。从869个已知的二元和三元准二维材料的池,我们已经确定了135个非中心对称的晶体,其中48个系统被发现有\textbf{d}组件大于纵向压电模量的AlN(一种常见的压电谐振器),和三个系统的响应大于PbTiO $_3$,这是其中的材料与最大的已知压电模量。以前没有考虑过用于压电应用的已识别材料。此外,我们发现,大的\textbf{d}组件总是耦合到层之间的范德华“间隙”的变形(剪切或轴向),并确实使弱层内相互作用。
2018-04-29 cond-mat.mtrl-sci
Piezoelectric Domains in the AlGaN Hexagonal Microrods: Effect of Crystal Orientations
目前,压电材料在微机械驱动器、传感器和自供电器件中有着广泛的应用。在这种情况下,研究不同尺寸范围内材料的压电性能对科学界非常重要。III族氮化物是非常重要的,不仅用于光电,而且用于其压电应用。本论文采用常压化学气相沉积技术,在本征Si(100)衬底上的AlN基底层上,通过自催化气固反应合成了AlGaN。利用X射线衍射和X射线光电子能谱学证实了生长过程。拉曼和光致发光的研究揭示了在纤锌矿相的AlGaN微米棒的形成,并确保了晶体材料的高光学质量。利用压电响应力显微镜研究了单晶、直接宽带隙和六边形AlGaN微米棒在恒定外电场作用下的行为。目前的研究主要集中在理解的行为的诱导极化的AlGaN微棒沿c轴的压电系数的测定和成像的样品中的压电畴起源于由于角度倾斜的AlGaN微棒相对于其AlN基层。
2016-05-11 cond-mat.mtrl-sci
Phase diagram and piezoelectric response of (Ba1-xCax)(Zr0.1Ti0.9)O3 solid solution
报道了(Ba_(1-x)Cax)(Zr_(0.1)Ti_(0.9))O_3固溶体的相图。结果表明,用较小的Ca离子取代Ba离子,可使样品的T-四方(T)准铁电相变温度略有提高,T-正交(O)和O-菱面体(R)相变温度显著降低。这种独特的铁电相演变归因于Ca的偏心效应。更重要的是,T-O或O-R相变的降低使我们能够制备在x~0.1 - 0的宽的组成范围内具有高达S/E~800 pm/V(E = 10 kV/cm)的应变响应的压电陶瓷。18,这可能是感兴趣的压电应用。
2013-09-16 cond-mat.mtrl-sci
Al$_{1-x}$Hf$_{x}$N Thin Films with Enhanced Piezoelectric Responses for GHz Surface Acoustic Wave Devices
本研究通过反应共溅射制备Al$_{1-x}$Hf$_{x}$N薄膜,发现其压电系数$d_{33}$相比AlN提升近两倍,并成功演示了高性能GHz表面声波谐振器,为下一代高频机电器件提供了可扩展且CMOS兼容的候选材料。
2026-10-02 cond-mat.mtrl-sci
Mitigating parasitic contributions in measured piezoresponse for accurate determination of piezoelectric coefficients in Sc-alloyed-AlN thin films using piezo-response force microscopy
本文提出通过优化PFM光学杠杆灵敏度、施加直流偏置和调整探针位置来抑制寄生静电贡献,从而准确测定Al1-xScxN薄膜的压电系数,并揭示其随Sc含量变化的增强与相混合衰减规律。
2025-05-06 cond-mat.mtrl-sci
A compositional ordering-driven morphotropic phase boundary in ferroelectric solid solutions
本文通过机器学习势分子动力学模拟,在锆钛酸铅中发现成分有序度降低可驱动菱方相到四方相转变并形成准同型相界,其压电增强效果与成分驱动MPB相当,机制为外场驱动的极化旋转,为高性能压电材料设计提供了成分有序这一新自由度。
2024-06-29 cond-mat.mtrl-sci
The virtual crystal approximation revisited: Application to dielectric and piezoelectric properties of perovskites
我们提出了一种方法来实现的虚晶近似(VCA)的密度泛函方法的背景下的固溶体的性质的研究。我们的方法可以很容易地应用到任何类型的赝势,也有它可以用来获得估计的原子力,如果真正的原子存在,从而使洞察到预期的位移在真正的合金。我们应用Vanderbilt超软赝势方法预测了Pb(Zr[0.5],Ti[0.5])O[3]固溶体顺电相和铁电相的介电和压电性质。有序合金超级电池上进行的计算和与父母的化合物的数据进行比较证明了使用VCA钙钛矿固溶体的充分性。特别是,VCA方法再现了反常玻恩有效电荷和大值的压电系数。
1999-08-25 cond-mat.mtrl-sci
Bridging Phases at the Morphotropic Boundaries of Lead-Oxide Solid Solutions
PbZr(1-x)TixO 3(PZT)的陶瓷固溶体具有非常大的压电响应,其组成约为x= 0.50。后者是高度各向异性的,并且最近表明,对于菱面体组合物(x< 0.5),压电系数在远离极性方向时最大,这与通常的看法相反。不久之后,在x=0.50附近通过同步辐射X射线衍射观察到低对称性单斜相。类似的行为和特征也存在于许多相关的铅基强压电单晶中,例如PMN-PT、PZN-PT和PSN-PT,其压电系数约为2500 pm/V,是迄今为止记录的最高值。最近的实验和理论工作大大提高了我们对这些技术重要系统的理解,但仍然存在一些悬而未决的问题。本文就这一领域的最新进展作一综述。
2005-11-10 cond-mat.mtrl-sci
Thin films of the alpha-quartz SixGe1-xO2 solid-solution
具有α-石英结构的SiO2是最常用的压电材料之一。GeO 2还可以晶化为α-石英结构,具有比SiO2更好的压电性能,具有更高的压电系数和机电耦合系数。对大块晶体的实验和理论研究表明,这些属性可以通过改变SixGe 1-xO 2固溶体中的Si/Ge比来调节。然而,据我们所知,SixGe 1-xO 2石英的薄膜从未被报道过。在这里,我们提出了成功的结晶SixGe 1-xO 2薄膜在α-石英相的石英衬底(SiO2)与x高达0.75。通常,薄膜以与衬底相同的取向半外延生长。有趣的是,Si0.75Ge0.25O2组合物生长完全应变的石英衬底,这导致形成的圆形石英域与有序的多芬孪晶结构。这些研究代表了压电石英薄膜的高频(> 5 GHz)应用的优化的第一步。
2021-09-27 cond-mat.mtrl-sci
Local structures of polar wurtzites Zn_{1-x}Mg_{x}O studied by Raman and {67}Zn/{25}Mg NMR spectroscopies and by total neutron scattering
用Raman光谱、固体核磁共振(NMR)谱和中子对分布函数(PDF)分析研究了Zn_{1-x} Mg_{x} O合金的局部组成和结构。Zn_{1-x} Mg_{x} O的E2(低)和E2(高)拉曼模式分别显示高斯型和洛伦兹型分布。在较高的镁取代,这两种模式变得更广泛,而它们的峰位置在相反的方向移动。从Zn_{1-x} Mg_{x} O固溶体的拉曼光谱的演变进行了讨论的晶格变形与Zn和Mg的不同的配位偏好。固态魔角自旋(MAS)NMR研究表明,局域电子环境的{67}Zn在ZnO中只有微弱的修改由15%的Mg取代Zn。Zn_{0.85} Mg_{0.15} O的{25}Mg MAS光谱显示出不寻常的高场位移,表明Zn在附近的氧化物配位球中具有突出的屏蔽能力。使用对应于Zn_{7} MgO_{8}的2x2 x1超晶胞对Zn_{0.875} Mg_{0.125} O进行的中子PDF分析表明,MgO_{4}碎片的平均局部几何形状与先前基于密度泛函理论(DFT)的六方纤锌矿MgO的结构弛豫一致。MgO_{4}四面体沿其c轴被显著压缩,并且体积比ZnO_{4}单元小约6%。Zn_{1-x} Mg_{x} O中的Mg原子与$c$轴向氧原子的键比与三个侧向氧原子的键短,这与Zn的配位不同。精确的结构,本地和平均,Zn_{0.875} Mg_{0.125} O从飞行时间总中子散射获得支持的观点,即Mg…
2008-08-04 cond-mat.mtrl-sci
Origin of Enhanced Electromechanical Coupling in (Yb,Al)N Nitride Alloys
我们的实验表明,合金化的纤锌矿相氮化铝的结果在明确的机械软化和增强的机电耦合的氮化铝的α-相YbN。第一性原理计算再现实验结果,并预测最大270%的机电耦合系数增加所造成的(1)增强的压电响应引起的Yb离子的局部应变和(2)的(Yb,Al)N合金的结构的灵活性。计算结果表明,(Yb,Al)N薄膜中的Yb-Yb对在$c$轴方向上是能量稳定的,并且由于Yb-Yb对之间的排斥作用而避免在纤锌矿结构的基面上形成,这也解释了在我们的溅射实验中难以制备高浓度的(Yb,Al)N薄膜的原因。此外,相邻Yb-Yb对相互作用也促进了(Yb,Al)N的结构柔性,并且被认为是(Yb,Al)N的机械软化的原因。
2022-02-24 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Molecular Beam Epitaxy of Al$\mathrm{_{1-x}}$Sc$\mathrm{_{x}}$N Nanowires: Towards Group-III Nitride Piezoelectric Nanogenerators with Enhanced Response
Universit\'e Grenoble Alpes, CNRS, Grenoble INP, Institut N\'eel, 38000 Grenoble, France;Universit\'e Côte d’Azur, CRHEA, CNRS, 06905 Sophia-Antipolis Cedex, France
本研究通过分子束外延制备Al$_{1-x}$Sc$_{x}$N纳米线,将其集成到压电纳米发电机中,实现比体相AlN更高的压电响应,并通过有效介质建模提出高效能量收集器的设计原理。
2026-07-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Elastic, dielectric and piezoelectric anomalies and Raman spectroscopy of 0.5Ba(Ti0.8Zr0.2)O3-0.5(Ba0.7Ca0.3)TiO3
固溶体0.5Ba(Ti0.8Zr0.2)O3-0.5(Ba0.7Ca0.3)TiO 3(BCZT)是一种具有极高压电系数的无铅压电材料。强响应与接近环境温度的结构不稳定性有关。我们在这里报告温度引起的异常的介电,压电和弹性系数和拉曼光谱陶瓷BCZT。这些数据表明,铁电-铁电结构相变在这种材料中,除了那些以前报道的。在居里温度TC以上也观察到异常,并且与在TC以上持续30度的极性结构的损失有关。
2012-03-25 cond-mat.mtrl-sci
Design of defect spins in piezoelectric aluminum nitride for solid-state hybrid quantum technologies
宽带隙半导体中的自旋缺陷是在固态环境中实现量子比特或量子比特的有前途的系统。到目前为止,缺陷量子位只在具有强共价键的材料中实现。在这里,我们介绍了一个应变驱动的计划,合理地设计功能离子晶体中的缺陷自旋,这可能是潜在的量子比特。特别是,使用最先进的从头计算的混合密度泛函和多体微扰理论的基础上的组合,我们预测,带负电荷的氮空位中心的压电氮化铝表现出自旋三重态基态在现实的单轴和双轴应变条件下,这样的状态可以利用量子比特的实现。这里采用的应变驱动策略可以很容易地扩展到其他宽带隙半导体中的各种点缺陷,为控制离子系统中缺陷的自旋特性铺平了道路。
2016-02-02 cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Lead-free piezoelectric perovskites for arterial-pulse e-skin: from configurational complexity to equivariant machine-learning potentials
The American University in Cairo(开罗美国大学);The Pennsylvania State University(宾夕法尼亚州立大学)
本研究针对动脉脉搏监测用无铅压电材料的计算难题,提出结合等变机器学习原子势的方法,以开发临床可行的无铅脉搏传感器。
2026-09-21 cond-mat.mtrl-sci
Effect of synthesis conditions on properties of barium titanate piezoelectric ceramics
采用固相法合成的钛酸钡(BaTiO 3)粉体的特征在于平均粒径约为500 nm的球形晶粒。为了得到单相材料,必须对原料进行双重机械活化和煅烧。为了改善成型性,将得到的钛酸钡粉末在喷雾干燥器中造粒。采用单轴压制和等静压两种方法制备了钛酸钡陶瓷的颗粒和梁。确定了钛酸钡材料在其制造的各个阶段(粉末、烧结体、烧结体)的性能对其在叠层盘多层致动器中的应用的影响。特别是,四个参数的钛酸钡烧结影响的可用性性能的致动器,没有发现在文献中,估计。
2015-08-25 cond-mat.mtrl-sci
Phase evolution and enhanced room temperature piezoelectric properties response of lead-free Ru doped BaTiO3 ceramic
近年来,人们对无铅压电陶瓷材料及其结构与性能的关系进行了大量的研究。压电响应的发展是这些材料中相演化的强函数。在这项工作中,我们报告Ru掺杂和随后的相演变的多晶无铅钛酸钡,描绘为Ba(RuxTi 1-x)O3(BRT)的压电响应最大化的效果。采用传统的固相反应方法,在较窄的组成范围内制备了样品。Ru掺杂增加了BaTiO 3样品的漏电流归因于由于Ru 3+取代Ti 4+而增加的氧空位浓度。详细的结构分析表明,在室温附近表现出四方晶系(空间群:P4 mm)和正交晶系(空间群:Amm 2)结构相共存的样品显示出相对增强的压电性能。具有Ru含量为2mol%的BRT样品产生最大纵向压电系数,d33为269 pC/N,高应变值为0.16%,具有19 μ C/cm 2的大剩余极化和5.8 kV/cm的矫顽场。我们认为,钌的4d轨道在改善铁电体的功能特性和降低铁电体居里温度(Tc)方面起着至关重要的作用。我们的工作为设计具有增强压电性能的无铅压电材料提供了定制相演化的线索。
2021-12-30 cond-mat.mtrl-sci
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
Missed surface waves in non-piezoelectric solids
发生在固体表面和近表面的物理过程是如此丰富和多样,有时它们似乎是基础研究的取之不尽用之不竭的主题。特别是,由于瑞利勋爵在固体中的表面波的发现焦点增加了科学家的关注,因为他们的实验和理论研究可以作为关于表面对原子晶格的动力学和结构的影响,结构不稳定性和表面诱导的相变的独特信息的来源,并探索空间受限系统中声子的性质在经典弹性理论的框架内,纯剪切表面波在非压电体中是不可能存在的,这是因为瑞利面波具有不同的偏振特性,是横波和横波的混合体。我们发现,“禁戒”剪切表面波(简称Flexo-SW)可以传播到所有的晶体表面附近,由于无处不在的挠曲电耦合。Flexo-SW的外观和渗透深度取决于挠曲耦合强度。特别地,在没有挠曲电耦合的情况下,横向声学模式的穿透深度发散,因此这些波变得与体波难以区分。对于顺电体,例如具有典型挠曲电系数(~ 2 V)的钛酸锶,Flexo-SW的穿透深度在THz频率下可以达到数十微米以上。这种情况可以解释为什么在厚层和大块材料中没有实验观测到缺失的表面波。然而,我们预测在厚度为~(20 - 50)nm的非压电薄膜中,对应于表面Flexo-SW和体声子模的中子强度峰可以分离。
2016-12-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Low-temperature properties of PZT solid solutions near the morphotropic phase boundary
采用第一性原理方法研究了Pb(Zr_{1-x} Ti_{x})O_{3}(PZT)固溶体在低温准同型相界附近的结构、压电和介电性质。三个铁电相被发现存在:一个四面体相较大的x组合物,一个菱形相较小的x组合物,和最近发现的单斜相之间。在该单斜相中,与Zr原子相关的极化行为不同于与Ti原子相关的极化。随着x的减少,前者更快地朝着伪立方[111]方向旋转,并且幅度增加,而后者的旋转滞后,幅度缩小。局部微观结构被发现偏离显着的平均结构,在这些PZT合金相的局部极化的方向和幅度的波动的结果。单斜相的特征在于非常大的压电和介电响应。
2001-02-14 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
First-principles investigation of morphotropic transitions and phase-change functional responses in BiFeO3-BiCoO3 multiferroic solid solutions
采用从头算方法研究了多铁性材料BiFeO_3(BFO)和BiCoO_3(BCO)形成的BFCO固溶体。我们发现,BFCO呈现出强烈的不连续的准同型BFO和BCO类铁电相之间的转变。此外,对于所有的组合物,这样的相保持(Meta)稳定并保持良好分化的性质。因此,我们的研究结果表明,一个电场可以用来切换这些结构之间,并表明,这样的切换涉及大的相变效应的各种类型,包括压电,电,和磁电的。
2011-05-10 cond-mat.mtrl-sci
Piezoelectric polymer generators: the large bending regime
该研究针对压电聚合物薄膜与固体晶体的差异,基于大弯曲区域假设建立解析模型,揭示非线性压电响应与机械激励的2/3次幂关系,并通过PVDF薄膜实验验证模型。
2024-11-06 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Defect-induced multiferroicity in bulk solid solutions of WSe$_2$ and WTe$_2$
Universidad de Los Andes(安第斯大学);Universidad Central(中央大学);Universidad del Rosario(玫瑰大学)
研究通过调控Te浓度和硫化物缺陷比例,揭示了W(Se₁₋ₓTeₓ)₂固溶体的结构、磁性和铁电性能,发现缺陷诱导多铁性与掺杂协同作用。
2026-04-17 cond-mat.mtrl-sci
Theory of electric, magnetic, and toroidal polarizations in crystalline solids with applications to hexagonal lonsdaleite and cubic diamond
利用群论系统研究晶体固体中的电、磁和环多极序,识别出五类在能带结构中具有独特特征的极化物质,并开发了多极密度指标的一般形式理论,为分类和扩展复杂材料中的多极序理解提供了通用框架。
2023-04-05 cond-mat.mtrl-sci
Piezo-ferroelectrics: Pressure-induced phase transitions in Pb(Zr1-xTix)O3 (PZT)
研究了PZT固溶体的压电性能与压力和温度的关系。发现中等压力诱导相变的单斜相(Cm,Cc)的富钛PZT,这是相同的铁电相负责MPB的高压电性能。随着压力的增加,确定了以下转化序列P4mm-> Cm-> Cc-> F1-> F-1。压缩行为主要由以下因素决定:(1)旋转和自发极化的减少;(2)八面体倾斜导致晶胞加倍。未来的研究作为一个功能的压力,温度和电场的异质弛豫型PZT的单晶,以更好地了解这些潜在的技术重要的压电铁电材料。
2007-11-07 cond-mat.mtrl-sci
Third rank permeability in chiral solids
University of Wisconsin(威斯康星大学)
研究手性固体中三阶渗透率项的影响,发现流体流出时产生涡度,并探讨了特征长度尺度及与非局部渗透率、弹性、压电性的联系。
2026-05-27 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
High-throughput computational screening of small, eco-friendly, molecular crystals for sustainable piezoelectric materials
本研究构建了小型分子晶体及其DFT预测机电性能的CrystalDFT数据库,发现其中大量晶体具备本征纵向d33常数,为可持续压电材料的筛选提供了重要数据支撑。
2024-12-10 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph physics.comp-ph