Giant Magnetoelectric Effect in a Multiferroic Material with a High Ferroelectric Transition Temperature
我们提出了一个独特的例子，巨磁电效应在传统的多铁性HoMnO 3，其中极化是非常大的（~56 mC/m2）和铁电转变温度是高于磁有序温度的顺序。我们将巨磁电效应的独特性归因于具有大磁矩的稀土离子完全由偏心位移引起的铁电性。这一发现为设计具有大极化、高铁电转变温度和大磁电效应的多铁性材料提供了一条新的途径。
2008-05-21 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Elemental topological ferroelectrics and polar metals of few-layer materials
该研究通过堆叠工程设计褶皱蜂窝晶格的少层元素材料，预测 Bi 可形成元素拓扑铁电体及具非平庸边缘态的极性金属，并揭示 Ge、Sn 等体系的极性金属可能性。
2023-09-26 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Ferroelectric control of the giant Rashba spin orbit coupling in GeTe(111)/InP(111) superlattice
GeTe由于其巨大的体Rashba自旋轨道耦合（SOC）而赢得了新的研究兴趣，并成为新的多功能材料之父，即，铁电Rashba半导体本文采用第一性原理计算研究了铁电半导体超晶格GeTe（111）/InP（111）界面上的Rashba SOC。揭示了界面电场和铁电场对Rashba SOC的贡献。一个大的调制Rashba SOC和反转的自旋极化是通过切换铁电极化。GeTe（111）/InP（111）超晶格的研究对于铁电Rashba半导体在自旋场效应晶体管中的应用具有重要意义。
2017-06-26 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Emergent giant ferroelectric properties in cost-effective raw zirconia dioxide
该研究在室温下正交晶系ZrO2薄膜中观测到高达53 μC/cm2的巨铁电剩余极化，该性质源于电场诱导的反铁电到铁电相变，揭示了ZrO2薄膜的本征铁电性。
2024-06-28 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Distinct scaling behaviors of giant electrocaloric cooling performance in low-dimensional organic, relaxor and anti-ferroelectrics
电热（EC）材料在生态友好型固态制冷和可集成的片上热管理方面显示出前景。虽然EC薄膜的直接测量仍然具有挑战性，但对于开发新的灵活和室温冷却替代品来说，量化丰富EC材料（包括正常，弛豫，有机和反铁电体）的冷却特性的通用理论框架是必不可少的。在这里，我们提出了一个通用的理论，结合主方程与麦克斯韦关系，并解析地涉及到EC材料的宏观冷却响应与相变和相关特性的内在扩散。在增加的电场下，EC熵和绝热温度变化最初均呈二次方增加，随后进一步线性增长并最终逐渐饱和。熵变（dS_max）的上界受不同的关联体积（V_cr）和跃迁扩散的限制。强调了V_cr与转变扩散度之间的线性关系，而对于Pb0.8Ba0.2ZrO3，获得了dS_max=300 kJ/（K.m3）。反铁电体Pb_（0.95）Zr_（0.05）TiO_3、Pb_（0.8）Ba_（0.2）ZrO_3和聚合物铁电体的dS_（max）与V_（cr）成正比。（-2.2），这是由于一维结构对晶格退极化动力学的约束;而弛豫铁电体和正常铁电体中的dS_max标度为dS_max ~ V_cr。（-0.37），这与EC材料中2/3的偶极相互作用指数和铁电畴壁的2.5的充分证明的分数维相吻合。
2021-04-19 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Giant Flexoelectric Effect in Ferroelectric Epitaxial Thin Films
我们报道了铁电HoMnO 3外延薄膜中的纳米级应变梯度，导致了巨大的挠曲电效应。使用掠入射面内X射线衍射，我们测量的薄膜中的应变梯度，这是6或7个数量级以上的典型值报告散装氧化物。透射电子显微镜，电气测量和静电计算的组合表明，挠曲电提供了一种手段，调整的铁电外延薄膜的物理性质，如域配置和磁滞曲线。
2011-06-20 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Review on Giant Magnetoelectric effects in Oxide ferromagnetic/ferroelectric Layered Structures
讨论了层状铁氧体-锆钛酸铅（PZT）和层状镧铈矿-PZT的合成及巨磁电相互作用的观察。在我们的研究中使用的铁氧体包括纯的和Zn取代的钴，镍和锂铁氧体。所使用的铁磁锰氧化物包括钙和锶取代的系统。样品由通过流延获得的10-40 mm厚的膜制备。我们的研究表明，在锰氧化物-PZT和钴锌铁氧体-PZT，和一个巨大的ME效应在镍锌铁氧体-PZT强烈的ME耦合。我们发现Zn辅助增强ME系数的证据，这归因于低各向异性和高磁导率，导致复合材料中有利的磁-机械耦合。
2004-01-29 cond-mat.mtrl-sci
Giant Ferroelectric Polarization of CaMn7O12 Induced by a Combined Effect of Dzyaloshinskii-Moriya Interaction and Exchange Striction
通过将我们的一般自旋电流模型扩展到非中心对称自旋二聚体并进行密度泛函计算，我们研究了CaMn_7 O_（12）的螺旋磁序和巨铁电极化的起因.巨铁电极化被认为是由于Mn ~（4+）的强Dzyaloshinskiii-Moriya（DM）相互作用使Mn ~（4+）自旋倾斜而产生的对称交换伸缩引起的。我们的研究表明，CaMn_7 O_（12）可能表现出一种新的磁电耦合机制，其中极化的大小由交换伸缩决定，但极化的方向由螺旋磁序的手性决定。
2012-03-21 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Magnetoelectric Coupling and Electric Control of Magnetization in Ferromagnet-Ferroelectric-Metal Superlattices
铁磁体-铁电体-金属超晶格是实现大室温磁电效应的理想材料。自旋相关的电子屏蔽是微观水平上的基本机制。我们还预测在这种结构中的磁化的电控制。在我们的三组分结构中自然破缺的反转对称性引入了$P M^2$的磁电耦合能。这种磁电耦合效应在铁磁-铁电异质结构中是普遍存在的，与特定的化学或物理键合无关，并将在多铁性领域发挥重要作用。
2009-10-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
First-principles theory of giant Rashba-like spin-splitting in bulk ferroelectrics
最近在某些体铁电体中观察到了大的类Rashba自旋劈裂。与相对论Rashba效应相反，电子带的手征自旋织构和大的自旋劈裂强烈地依赖于带的性质和原子的自旋轨道耦合。我们确定，这可以追溯到所谓的轨道Rashba效应，也在批量。这导致了对带的轨道组成的额外依赖，这对于完整的效应图像至关重要。对GeTe铁电体的第一性原理计算结果验证了模型的关键预测。
2018-02-15 cond-mat.mtrl-sci
Giant photostriction in lead-free ferroelectric stemming from photo-excited thermalized carriers
Université Paris-Saclay, CentraleSupélec（巴黎萨克雷大学、中央理工-高等电力学院）；CNRS, Laboratoire SPMS（法国国家科学研究中心，SPMS实验室）；ENS Paris-Saclay（巴黎萨克雷高等师范学院）；LuMIn；Centre de Nanosciences et de Nanotechnologies (C2N)（纳米科学与工程中心）；Le Mans Université（勒芒大学）；Institut des Molécules et Matériaux du Mans（勒芒分子与材料研究所）；FZU- Institute of Physics, Czech Academy of Sciences（捷克科学院物理研究所）
研究揭示无铅铁电薄膜中1%的巨光电致应变，源于热化光激发载流子的贡献，挑战传统光电致变形机制理解。
2026-04-09 cond-mat.mtrl-sci
Peculiar band geometry induced giant shift current in ferroelectric SnTe monolayer
体光生伏打效应（BPVE）是指均匀非中心对称材料在光照下产生光电流或光生伏打的现象，对体光生伏打效应的本征贡献称为漂移电流效应。我们用第一性原理方法计算了SnTe铁电单层的漂移电导率。我们发现单层SnTe在谷点附近具有巨大的漂移电流电导率。更值得注意的是，在该能量下的线性光吸收系数非常小，因此导致比BaTiO $_3$大四个数量级的巨大的玻璃系数。使用三带模型进一步研究了不寻常的移位电流效应。我们发现，巨位移电流电导率和玻璃系数是由非平凡的能带几何形状附近的谷点，在那里的位移矢量发散。这是一个突出的例子，带的几何形状可以发挥重要作用的基本性质的固体。
2023-01-31 cond-mat.mtrl-sci
Two-dimensional ferroelectric metal for electrocatalysis
金属性和铁电性的共存一直是一个有趣和有争议的现象，因为这两种材料的性质被认为是不相容的。通过对铁电体和金属的原始定义的重新审视，我们澄清了铁电金属的概念。具有平面外极化的二维（2D）铁电体可以经由层堆叠被设计成以费米能级处的可切换极化和非零态密度为特征的真正的铁电金属。我们证明，2D铁电金属可以作为电可调，高品质的电催化剂。
2021-10-29 cond-mat.mtrl-sci
The electrical transport of intrinsic two-dimensional ferroelectric metal PtBi2
Inner Mongolia University（内蒙古大学）；China Three Gorges University（三峡大学）
该研究探究本征二维铁电金属PtBi2的电输运特性，发现其高居里温度、可观电荷-自旋转换效率，设计出可实现非易失性阻态切换的铁电金属场效应晶体管，为相关器件设计提供见解。
2026-08-13 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Interfacial ferroelectricity in rhombohedral-stacked bilayer transition metal dichalcogenides
范德华（vdW）材料通过允许各个层以非平衡配置堆叠（例如通过控制扭转角），极大地扩展了异质结构的设计空间。这样的异质结构不仅结合了单个结构单元的特征，而且还可以通过层间相互作用表现出母体化合物中不存在的新兴物理性质。在这里，我们报告了一个新的家庭的紧急，纳米厚，半导体二维铁电体，其中个别成分是充分研究的非铁电单层过渡金属二硫属化物（TMD），即WSe2，MoSe2，WS2和MoS2。通过平行堆叠两个相同的单层TMD，我们获得电可切换的菱形堆叠配置，与平面外的极化，翻转的平面内滑动运动。制造接近平行的堆叠双层，使莫尔铁电畴的可视化，以及电场诱导的畴壁运动与压电力显微镜（PFM）。此外，通过使用附近的石墨烯电子传感器的铁电场晶体管的几何形状，我们量化的铁电内置层间电位，在良好的协议与第一性原理计算。这四种新的TMD的新颖的半导体铁电性质开辟了研究铁电性和它们丰富的电学和光学性质之间的相互作用的可能性。
2021-08-17 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Ferroelectric Quantum Point Contact in Twisted Transition Metal Dichalcogenides
University of Minnesota（明尼苏达大学）；National Institute for Materials Science（国立材料研究所）
研究通过量子点接触探测单个铁电莫尔域，揭示其铁电行为与动态，为可调铁电量子器件发展奠定基础。
2026-02-11 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Ferroelectricity in strained Hf$_2$CF$_2$ monolayer
低维铁电体是一种极具应用价值的物理现象。在这里，从理论上研究了官能化的MXene Hf $_2$ CF $_2$单层，其在中等双轴压缩应变下表现出非极性到极性的转变。伴随着这种结构转变，发生金属-半导体转变。单侧氟层的面内位移导致偏振指向面外。这种铁电性是非常规的，类似于最近提出的层间滑动铁电性，但不完全相同。由于其特定的六瓣势能分布，可能的铁电开关路径和畴壁是不平凡的，这是通过金属顺电态介导的。在这个意义上，可以通过重塑铁电畴来操纵金属壁。
2021-11-16 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Metal-Ferroelectric-Metal heterostructures with Schottky contacts I. Influence of the ferroelectric properties
提出了一种金属-铁电-金属肖特基接触结构模型。该模型适用于金属-铁电接触的特殊情况下的金属-半导体整流接触的一般理论，通过引入：铁电极化作为一张表面电荷位于一个有限的距离，从电极界面;一个深陷阱的高浓度水平;的静态和动态值的介电常数。的肖特基接触，如内置电压，电荷密度和耗尽宽度，以及对电流-电压和电容-电压特性的解释上的相关量的建议模型的后果进行了详细讨论。
2005-08-24 cond-mat.mtrl-sci
Giant ferroelectric polarization and electric reversal of strong spontaneous magnetization in multiferroic Bi2FeMoO6
BiFeO $_3$是最著名的多铁性材料，但由于其反铁磁性，没有很强的自发磁化。研究表明，基于BiFeO $_3$的双钙钛矿结构Bi $_2$ FeMoO $_6$（空间群为R3（\#146））既能实现巨铁电极化，又能实现强自发磁化.我们的第一性原理声子谱确定，这种多铁性R3相是稳定的。系统的计算表明，该材料是自旋极化的半导体，禁带宽度为0.54 eV，铁电极化强度为85 $μ$ C/cm $^2$ .这种铁电性与BiFeO $_3$相当，但这里得到的是强亚铁磁性，每个分子式单元的净磁矩为2 $μ_B$，居里温度为650 K。铁电极化和磁易磁化轴均为赝立方[111]取向。进一步的分析表明，外加电场可以通过三步路径确定性地逆转宏观自发磁化。因此，我们认为这种Bi $_2$ FeMoO $_6$材料可以用于设计新的多功能材料和实现高性能器件。
2016-12-21 cond-mat.mtrl-sci
Ferroelectric Semimetals with $α$-Bi/SnSe van der Waals heterostructures and its Topological Currents
本文通过第一性原理和ARPES证明α-Bi/SnSe范德华异质结构利用邻近效应实现自旋-铁电性锁定，并展现出铁电可切换的非线性反常霍尔效应及巨大自旋-电荷转换效率。
2023-11-29 cond-mat.mes-hall 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
On the giant deformation and ferroelectricity of guanidinium nitrate
本文质疑Karothu等人将硝酸胍认定为铁电半导体有机晶体的结论，指出其铁电性和半导体性缺乏实验证实，且因晶体易产生缺陷导致大行程可重复性存疑，同时指出此前相关研究未被充分承认。
2023-05-29 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Giant Tunneling Electroresistance Effect Driven by an Electrically Controlled Spin Valve at a Complex Oxide Interface
利用铁电势垒与磁性La_（1-x）Sr_xMnO_3电极界面的磁电效应，在铁电隧道结中可以实现巨隧穿电阻效应。使用第一性原理密度泛函理论，我们证明了一些磁性单层的La 1-xSrxMnO 3的界面附近的行为，在响应铁电极化反转，作为一个原子尺度的自旋阀通过过滤自旋相关的电流。这种效应产生电导的一个数量级以上的变化，因此构成了巨大的阻变效应。
2011-04-01 cond-mat.mtrl-sci
High-Performance Nonvolatile Spin FETs from 2D Metallic Ferromagnetic and Ferroelectric Multiferroic Heterostructure
本研究提出利用界面效应调控本征金属二维磁性材料的电子结构，基于CrPS3/Sc2CO2异质结设计的非易失性自旋场效应晶体管实现了超高开关电流比与接近100%的自旋极化电流，为高性能自旋电子器件开发提供新路径。
2025-02-03 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Giant piezoelectric effects of topological structures in stretched ferroelectric membranes
该研究通过DFT和深度学习辅助分子动力学模拟，发现拉伸PbTiO3薄膜中畴壁偶极小角度旋转导致增强压电响应，并提出具有巨型压电效应的“偶极螺旋”拓扑结构。
2024-07-30 cond-mat.mtrl-sci
Giant negative electrostriction and dielectric tunability in a van der Waals layered ferroelectric
对铁电范德华晶体的兴趣来自于由于这些材料的降低的表面能和允许剥离的层状结构而实现铁电系统的潜力。在这里，我们定量地揭示了范德华层状铜铟硫代磷酸盐（CIPS）的巨负电致伸缩，其表现出高达-3.2 m4/C2的Q33和高达-85 pm/V的d33。CIPS的机电响应在幅度上与已建立的钙钛矿铁电体相当，尽管其具有小得多的自发响应。极化只有几个uC/cm 2。在顺电状态下，由于低的转变温度，CIPS表现出大的介电可调谐性，类似于广泛使用的钛酸锶钡，因此具有巨大的和连续可调谐的机电响应。顺电状态下的电致伸缩和可调响应的持久性表明，即使是很少的层膜或纳米颗粒也会维持显著的机电功能，抵消了纳米级极限下铁电性能的不可避免的抑制。这些研究结果可能会扩展到其他铁电过渡金属硫代磷酸盐和（准）二维材料，并可能促进对新的电致伸缩功能器件的机电响应的追求。
2019-02-01 cond-mat.mtrl-sci
Nanotube ferroelectric tunnel junctions with giant tunneling electroresistance ratio
提出以铁电纳米管为隧穿区的新型TER机制，利用本征极化与挠曲电极化及轴向电场实现金属—绝缘态切换，并在α-In2Se3中预测超过9.9×10^10%的超高TER比。
2023-07-13 cond-mat.mtrl-sci
Giant electrocaloric effect around T$_c$
利用基于第一性原理的壳层模型势的分子动力学方法研究了铌酸锂$_3$的电热效应，发现在经过铁电相变的直线上存在巨大的电热效应.在外加电场下，最大ECE的线穿过零场铁电转变，在高温下随着场的增加沿着Widom线继续，并且沿着不稳定性，该不稳定性导致在$T_c$以下的均匀铁电切换，外加场与自发极化反平行。这条线被定义为在所施加的电场下电容倒数的最小值。我们研究了压力、温度和外加电场对ECE的影响。我们在铌酸锂$_3$中观察到的行为一般应适用于铁电体;因此，我们建议制冷和能量清除应用的工作温度应高于铁电过渡区，以获得大的电热响应。我们发现了$T_c$、Widom线和均匀开关之间的关系，这种关系在铁电体、弛豫体、多铁性体中应该是普遍的，并且在铁磁体中在外加磁场下也应该发现同样的行为。
2012-11-07 cond-mat.mtrl-sci
Divergent electrostriction at ferroelectric phase transitions: example of strain-induced ferroelectiricty in KTaO3
我们从第一性原理计算研究了铁电相变过程中的电致伸缩响应，并反驳了铁电相界电致伸缩常数的流行观点。我们以\ce{KTaO3}为例，研究了外延应变诱导的从顺电到强电的转变。我们表明，电致伸缩的大小发散的介电常数在过渡，因此表现出巨大的反应，通过计算的M和Q电致伸缩张量。我们解释了这个巨大的电致伸缩响应的起源\ce{KTaO3}使用微观分解的电致伸缩系数，并使用这种理解，提出设计规则，为未来的巨型电致伸缩机电应用的发展。最后，我们介绍了进一步的手段来计算电致伸缩，具体到铁电体，尚未在文献中使用。
2022-08-10 cond-mat.mtrl-sci
Tunable Edelstein effect in intrinsic two-dimensional ferroelectric metal PtBi$_{2}$
University of Regensburg（雷根斯堡大学）；Halle-Berlin-Regensburg Cluster of Excellence CCE（哈雷-柏林-雷根斯堡卓越集群）
研究发现二维铁电金属PtBi$_{2}$单层中可通过极化开关调控埃德利斯特效应，实现非易失的电荷-自旋转换控制。
2026-01-23 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Giant Superelastic Piezoelectricity in Flexible Ferroelectric $BaTiO_3$ Membranes
通常使用的压电材料中的机械位移通常限于线性或双轴性质，并且限于材料尺寸的百分之几。在这里，我们表明，独立的钛酸钡$_3$膜表现出非传统的机电耦合。在外部电场下，这些超弹性膜经历可控且可逆的“寿司卷状”180 $^\circ$折叠-展开循环。这种无折痕折叠是由带电铁电畴介导的，导致30 nm厚的膜在室温和60 $^\circ$ C下分别产生> 3.8和4.6 $μ$ m的巨大位移。进一步增加的电场以上的矫顽值的变化的折叠曲率，从而增强有效的压电响应。最后，它被发现，膜折叠随着温度的升高，然后完全固定的膜以上的居里温度，使我们能够模拟的铁电域起源的效果。
2020-04-04 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Giant electro-optic and elasto-optic effects in ferroelectric NbOI$_{2}$
该研究通过第一性原理计算发现体相与单层铁电 NbOI$_2$ 具有巨大线性电光和弹光系数，且外延应变可通过极性光学模软化诱发铁电—顺电转变，从而进一步增强电光响应。
2024-08-08 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
Review on ferroelectric/polar metals
在一个系统中，似乎相互排斥的性质之间的和解的可能性不仅可以导致理论上的突破，而且还可能带来新的应用。Anderson和Blount在50多年前提出的关于铁电性/极性和导电性这两个据称是矛盾的性质共存的研究最近因第一个明确的极性金属LiOsO 3的发现而重新活跃起来，并因第一个可切换铁电金属WTe 2的演示而进一步推动。在这篇综述中，我们首先讨论了铁电性/极性和导电性共存被认为是不相容的原因，然后回顾了铁电性/极性金属的历史。其次，我们回顾了这些材料中的铁电/极性金属相的重要里程碑以及相应的机制。第三，我们总结了铁电/极性金属的设计方法。最后，我们讨论了铁电/极性金属的未来前景和潜在的应用。
2020-07-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Giant Enhancement in Ferroelectric Polarization under Illumination
我们报告的光学增强的极化和介电常数在室温附近的Pb0.6Li0.2Bi0.2Zr0.2Ti0.8O3（PLBZT）的电子陶瓷，这些是最重要的商业铁电PbZr0.2Ti0.8O3（PZT：20/80）的双取代成员。在PZT：20/80中等量的Li+1和Bi+3的部分（40%）取代保留了空间群为P4 mm的PZT四方晶系结构。在白光和弱405 nm近紫外激光（30 mW）的照射下，观察到偏振和位移电流的意外大（200-300%）变化。光还通过大的可切换开路电压（Voc ~ 2 V）和短路电流（Jsc ~ 5 x 10 -8 A）将直流传导电流密度改变一到两个数量级。样品在弱光照射下显示出6：1量级的光电流开/关比。
2017-06-25 cond-mat.mtrl-sci
Large Family of Two-Dimensional Ferroelectric Metals Discovered via Machine Learning
铁电性和金属性通常被认为是不共存的，因为导电电子会屏蔽静态的内部电场。1965年，Anderson和Blount提出了“铁电金属”的概念，但直到最近才报道了非常罕见的铁电金属。在这里，通过将高通量从头计算和数据驱动的机器学习方法与新的基于电子轨道的描述符相结合，我们系统地研究了一个大家族（2，964）的二维（2D）磷酸盐，并发现了60个具有面外极化的稳定铁电体，包括16种铁电金属和44种包含7种多铁性的铁电半导体。铁电性起源于双金属原子的反向位移引起的自发对称性破缺，全d轨道钴金属元素引起的位移和极化比其他元素大。对于2D铁电金属，没有自旋极化的每个晶胞中的奇数电子可能导致费米能级附近的半充满能带，并负责金属性。结果表明，导电电子主要在二维层的单面上运动，而离子和电对极化的贡献都来自另一面，并垂直于上述层，从而导致金属性和铁电性共存。基于铁电金属的范德华异质结构可以改变肖特基势垒高度或肖特基欧姆接触类型，并引起其垂直输运性质的显著变化。我们的工作极大地扩展了二维铁电金属的家族，并将刺激对二维铁电金属的进一步探索。
2020-09-20 cond-mat.mtrl-sci
Sliding Ferroelectric Metal with Ferrimagnetism
本研究提出基于反铁磁金属双层构建兼具亚铁磁性的二维滑动铁电金属的通用策略，可实现铁电极化、自旋分裂与净磁化的三重耦合开关，为低耗散自旋电子器件提供新平台。
2025-11-14 cond-mat.mes-hall 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 switching of a two-dimensional metal
铁电体是具有极性结构的材料，其极性可以通过施加电场来反转。在金属中，巡回电子往往屏蔽离子之间的静电力，这有助于解释为什么极性金属非常罕见。屏蔽还排除了外部电场，显然排除了极性反转的可能性，从而排除了铁电切换的可能性。然而，原则上，足够薄的极性金属可以被足够的电场穿透以被切换。在这里，我们表明，分层拓扑半金属WTe2提供了第一个实施例的这一原则。虽然单层WTe 2是中心对称的，因此是非极性的，但堆叠的块状结构是极性的。我们发现，两层或三层WTe 2表现出自发的平面外电极化的强度，可以使用栅电极切换。我们使用石墨烯作为电场传感器直接检测和量化极化。此外，极化状态可以通过电导率来区分，并且可以改变载流子密度以修改性质。临界温度高于350 K，并且即使当WTe 2夹在石墨烯中时，它在室温下也保持其开关能力，证明了适合与其他二维材料组合应用的鲁棒性。
2018-09-12 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Direct measurement of ferroelectric polarization in a tunable semimetal
铁电性，铁磁性的静电对应物，长期以来一直被认为与金属性不相容，因为电偶极子和外部电场被巡回电荷屏蔽。然而，最近的测量表明，在双层和三层的WTe $_2$，半金属过渡金属二硫属化物与破坏反转对称的电导的铁电开关的签名。该系统的一个特别有前途的方面是，电子和空穴的密度可以通过外部栅极电压连续调谐。这种自由度使得铁电性和自由载流子之间的相互作用，以前未探索的制度的调查。在这里，我们采用双层WTe $_2$的双栅介观器件中的电容传感直接测量在金属状态下的自发极化，并量化的传导和价带的极化上的自由载流子的效果，分别。我们比较我们的结果的低能量模型的电子带，并确定层极化状态，有助于运输和极化的同时。因此，双层WTe $_2$被证明是铁电金属的一个典型例子，并且是探索极性有序、铁电转变和在自由载流子存在下的应用的理想平台。
2020-12-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Origin of Polar Distortion in LiNbO3-type "Ferroelectric" Metals: Role of A-site Instability and Short-Range Interactions
由于金属中的传导电子有效地屏蔽了局域电偶极矩，人们普遍认为金属中不可能发生铁电畸变。最近，金属LiOsO 3被发现是Anderson-Blount“铁电”金属的第一个明确的例子，它在140 K时经历类似于绝缘LiNbO 3的铁电性结构转变。这是非常令人惊讶的，因为结构相变的机制在金属和绝缘体中通常是相当不同的。通过进行第一性原理计算，我们发现LiOsO 3中的局域极性畸变完全是由于A位Li原子的不稳定性引起的，而在LiNbO 3中B位Nb离子的二阶Jahn-Teller效应也起着额外的作用.更重要的是，“铁电”样的长程序的本地极性失真被发现是由于主要是铁电的本地极性模式之间的短程对相互作用，这是不被屏蔽的传导电子。此外，我们预测LiNbO 3型MgReO 3也是一种“铁电”金属，但具有比LiOsO 3高得多的结构转变温度391 K。我们的工作不仅揭示了LiNbO_3型铁电金属中类铁电畸变的起源，而且为设计其他多功能铁电金属提供了线索。
2014-09-30 cond-mat.mtrl-sci
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
Giant optical enhancement of strain gradient in ferroelectric thin films and its physics origin
应变梯度和极化之间的耦合，称为挠曲电，提供了一种新的机制来控制介电材料的功能。然而，为了使效果实际上具有吸引力，需要对应变梯度进行动态控制，其幅度远远超过通过机械变形（~10 $m^{-1}$）可实现的幅度。应变工程薄膜表现出非凡的应变梯度的$10^5-10^6 m{-1}$所产生的结构弛豫在一个很短的空间范围内，大大提高了稳态挠曲电效应。在这里，我们报告了一个巨大的，光学引发的动态增强的应变梯度，也$10^5 -10^6 m^{-1}$的顺序，在铁电BiFeO 3外延薄膜通过随时间变化的相干分析的X射线衍射。这一发现为挠曲电效应与光的动态耦合打开了大门，使得偏振的光学切换以及诸如非易失性铁电存储器的直接光学写入等应用成为可能。时间分辨X射线散射和光谱的组合表明，应变梯度的增强是由于压电效应驱动的瞬态屏蔽电场，打开了机会，研究应变工程铁电薄膜的挠曲电效应的新途径。
2015-06-01 cond-mat.mtrl-sci
Giant enhancement of exciton radiative lifetime by ferroelectric polarization: The case of monolayer TiOCl$_2$
本研究通过第一性原理计算发现，单层铁电TiOCl2中自发极化通过内建电场削弱激子结合但结构畸变激活暗激子，使结合能减半而寿命增40倍，为铁电调控激子动力学提供新思路。
2023-05-26 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
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
Giant piezoelectricity in group IV monochalcogenides with ferroelectric AA layer stacking
通过第一性原理计算发现铁电AA堆叠的IV族单硫族化合物具有最小晶格常数和自发压缩应变，首次实现压电系数随层数增加而增大的巨压电性。
2024-02-06 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Electrical Detection of Ferroelectric-like Metals through Nonlinear Hall Effect
类铁电金属是一类相对罕见的具有类铁电畸变和金属导电性的材料。LiOsO $_3$是第一个被证实的和研究最多的类铁电金属。自由载流子的存在使得传统的铁电技术很难对其进行研究。本文通过对称性分析和第一性原理计算，证明了LiOsO $_3$的类铁电相变可以用一种基于非线性霍尔效应的电输运方法来研究。在类铁电相中存在Berry曲率偶极子，利用常规的实验装置，可以得到可测量的非线性霍尔电导。然而，类顺电相LiOsO $_3$的对称性使Berry曲率偶极子消失。Berry曲率偶极子对极位移有很强的依赖性，这可能有助于极序的检测。非线性霍尔效应为类铁电金属研究中相变的检测提供了一种有效的方法，促进了类铁电金属在类铁电电子器件中的应用。
2020-04-15 cond-mat.mtrl-sci
Ferroelectric tuning of the valley polarized metal-semiconductor transition in Mn2P2S3Se3/Sc2CO2 van der Waals heterostructures and application to nonlinear Hall effect devices
本研究提出利用二维铁电材料Sc2CO2的极化切换调控Mn2P2S3Se3/Sc2CO2异质结的谷极化金属-半导体相变与Berry曲率偶极矩，并据此设计非线性霍尔效应探测器件。
2024-09-10 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Exchange-mediated exciton splitting and linear dichroism in monolayer transition metal dichalcogenide induced by ferroelectric substrates
Stanford University（斯坦福大学）；SLAC National Accelerator Laboratory（SLAC国家加速器实验室）
通过第一性原理静电嵌入方法和大规模GW加Bethe-Salpeter方程计算，预测了铁电扭曲双层hBN衬底支撑的单层TMD中出现的新型激子，包括光学暗的电荷转移激子和具有线性光学二色性的准一维Wannier激子，并通过层间交换相互作用实现了约3 meV的谷简并激子分裂。
2026-06-03 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Ferroelectric metals in van der Waals bilayers
提出一种基于范德华相互作用、由非极性金属单层构建二维铁电金属的通用方案，并通过FeSe和H-MnTe2的第一性原理计算验证层间滑动极化反转及多铁性。
2024-04-06 cond-mat.mtrl-sci
Giant electromechanical response from defective non-ferroelectric epitaxial BaTiO3 integrated on Si 100
显示出与常规弛豫铁电体相当或比常规弛豫铁电体更好的大机电响应的无铅硅兼容材料对于各种纳米机电器件和应用是期望的。缺陷工程电致伸缩最近已经得到普及，以获得在100 Hz以下的频率增强的机电响应。在这里，我们报告的记录值的电致伸缩应变系数（M31）在频率高达5 kHz（1.04 × 10-14平方米每V2在1 kHz，和3.87 × 10-15平方米每V2在5 kHz）使用A位和缺氧钛酸钡薄膜，外延集成到Si上。该效果是稳健的，并且即使在使装置循环>5000次之后也保持。我们的钙钛矿薄膜是非铁电的，与化学计量的BaTiO 3相比具有不同的对称性，并且其特征在于孪晶边界和纳米极状区域。我们表明，所产生的缺陷引起的功能的介电弛豫相关性非常好，与所观察到的超电致伸缩响应。这些薄膜显示出大的热膨胀系数（2.36 × 10-5/K），这与巨大的M31一起意味着由缺陷引起的晶格非谐性的显著增加。我们的工作提供了一个关键的一步，制定指导方针，工程师大机电响应，即使在更高的频率在无铅薄膜。
2023-03-06 cond-mat.mtrl-sci
Observation of a Room Temperature Two-dimensional Ferroelectric Metal
具有减小尺寸的材料已被证明具有各种各样的奇异性质和新颖的量子态，这些通常违背教科书智慧1 -5。铁电极化和金属性是众所周知的互斥性质的例子，它们不能在大块固体中共存，因为金属中的净电场可以被自由电子完全屏蔽6。一个原子级薄的金属层覆盖绝缘层已显示出良好的导电性在室温下7。此外，可以采用穿透极化场来诱导离子位移并在金属层中产生本征极化。在这里，我们证明了铁电金属可以通过施加强极化场的铁电/单胞薄金属超晶格的形式人工合成。以这种方式，原子级薄导电层的对称性可以被破坏并由相邻的极性场操纵，从而形成二维（2D）铁电金属。所制备的（SrRuO 3）1/（BaTiO 3）10超晶格在室温下表现出原子级薄层的铁电极化和金属导电性。多管齐下的调查相结合的结构分析，电气测量，和第一性原理电子结构计算解开的共存的二维导电性的SrRuO 3单层伴随着电极化的强度。这种2D铁电金属铺平了一种新的方式来设计一个量子多状态与不寻常的共存属性，如铁电体，铁磁体和金属，由外部fields 8，9操纵。
2019-08-23 cond-mat.mtrl-sci
Promising ferroelectric metal EuAuBi with switchable giant shift current
本研究通过第一性原理计算发现拓扑半金属EuAuBi兼具巨大自发极化、适中切换势垒和低载流子浓度，并表现出巨大移位电流，提出基于移位电流测量的铁电金属验证方案。
2025-07-10 cond-mat.mtrl-sci
Interface effects at a half-metal/ferroelectric junction
采用从头算方法研究了Heusler Co $_2$ MnSi和BaTiO $_3$两种半金属和铁电原型材料界面的磁电效应。对于Co-终止铁电性的发展在钛酸钡$_3$下降到纳米厚度，而对于锰硅-终止顺电和铁电状态大力竞争，要求一个完整的实验控制的结原子配置时，需要一个铁电屏障。开关的电极化在很大程度上影响磁性Co $_2$ MnSi，由于在MnSi终端的电子杂化和在Co-终端的结构效应的磁电耦合。半金属丰度在界面处丢失，但在次表层已经恢复。
2007-07-11 cond-mat.mtrl-sci
