Impact of Oxygen Pressure on Ferroelectric Stability of La-doped Hafnia Grown by PLD
本文利用PLD制备4% La掺杂HfO2薄膜，结合XRD与XPS揭示沉积氧压及LSMO底电极氧压通过非晶格氧影响正交铁电相稳定性和开关性能。
2023-08-15 cond-mat.mtrl-sci
Pressure-induced metal-insulator transition in oxygen-deficient LiNbO$_3$-type ferroelectrics
流体静压和氧空位通常对铁电材料具有有害影响，因为两者都倾向于降低它们的极化。在这项工作中，我们使用第一性原理计算研究一类重要的铁电材料-LiNbO $_3$型铁电体（LiNbO $_3$为原型），并发现，在缺氧LiNbO $_{3-δ}$，静水压力诱导一个意想不到的金属-绝缘体之间的转变8和9 GPa。我们的计算还发现，强极性位移坚持在金属和绝缘缺氧铌酸锂$_{3-δ}$和极性位移的大小是原始铌酸锂$_3$在相同的压力下。这些性质不同于广泛使用的钙钛矿铁电氧化物BaTiO $_3$，其极化被流体静压力和/或氧空位快速抑制。在缺氧LiNbO $_{3-δ}$中的异常压力驱动的金属-绝缘体转变起因于氧空位缺陷态的变化。流体静压增加了缺氧LiNbO $_{3-δ}$的极性位移，这减小了缺陷态的带宽，并最终将其转变为带隙态。在绝缘阶段，在流体静压下，带隙内态被进一步推离导带边缘，这增加了基本带隙。我们的工作表明，对于LiNbO $_3$型强铁电体，氧空位和静水压力的组合可以导致新的现象和潜在的功能，在钙钛矿铁电氧化物，如钛酸钡$_3$发生的有害影响。
2021-11-01 cond-mat.mtrl-sci
Oxygen-vacancy Mediated Deterministic Domain Distribution at the Onset of Ferroelectricity
本研究通过第一性原理计算和原子尺度成像，发现氧空位在居里温度以上保持不动，冷却时决定可复现的铁电畴壁图案，变温压电力显微镜证实了记忆效应，质疑了畴分布的自发性。
2024-02-03 cond-mat.mtrl-sci
Extrinsic ferroelectricity originated from oxygen vacancy drift in HfO2-based films
人们普遍认为，氧空位在HfO 2基材料的铁电性中起着核心作用，但其内在机制仍然是难以捉摸的。在这里，从基本的表征电路，我们提出，所观察到的铁电性是外在的。一个关键的发现是，带电的氧空位在重复的电脉冲下在样品内振荡，产生非线性电流，其行为类似于正常铁电体的极化电流。这个不需要的电流信号导致了一个类似铁电体的磁滞回线，剩余极化和矫顽场都与实验值很好地吻合，假设带电氧空位浓度在1*10^20/cm ^3附近。此外，可以利用这种机制来再现唤醒、分裂和有限耐力的效果，这些效果对于设备应用至关重要。
2021-12-26 cond-mat.mtrl-sci
Confined Oxygen-Vacancy Migration Drives Ferroelectric Switching
Weizmann Institute of Science（魏茨曼科学研究所）；the Pennsylvania State University（宾夕法尼亚州立大学）
本研究通过第一性原理计算发现，Bi2SeO5中的氧空位在SeO3单元内受限迁移，产生可开关的极化，解释了其反常铁电性。
2026-06-16 cond-mat.mtrl-sci
Intrinsic switching leads to oxygen diffusion and breakdown in hafnia ferroelectrics
Luxembourg Institute of Science and Technology (LIST)（卢森堡科学与技术研究所）；University of Luxembourg（卢森堡大学）
本研究通过机器学习分子动力学揭示氧化铪铁电体中本征开关引发雪崩式氧扩散并导致击穿，并提出通过设计场脉冲避免该结果的方案。
2026-09-23 cond-mat.mtrl-sci
Decisive role of oxygen vacancy in ferroelectric vs. ferromagnetic Mn-doped BaTiO3 thin films
单相钙钛矿5at.%采用脉冲激光沉积法在镀铂蓝宝石衬底上生长了Mn掺杂和未掺杂的多晶BaTiO 3薄膜。铁电性仅观察到Mn掺杂和未掺杂的钛酸钡薄膜在相对高的氧分压下生长。与未掺杂的BaTiO 3相比，Mn掺杂的BaTiO 3显示出低的漏电流、增加的介电损耗和降低的介电常数。在低氧分压下制备的Mn掺杂BaTiO 3薄膜具有铁磁性，这是由于束缚磁极化子（BMP）的形成。这种BMP的形成是由氧空位增强的。本工作证实了C. Ederer和N.铁电钙钛矿上的Spaldin [Nature Mat. 3，849（2004）]，其表明在Mn掺杂的BaTiO 3薄膜中，铁电性的存在与自发磁化的存在不相容。
2011-04-27 cond-mat.mtrl-sci
Ultrahigh oxygen ion mobility in ferroelectric hafnia
本研究通过第一性原理计算和深度学习分子动力学模拟，发现铁电开关可促进HfO₂中氧离子输运，实现超高迁移率，为结合铁电与离子导电性开发新材料提供新途径。
2023-06-13 cond-mat.mtrl-sci
Microscopic Insights into Fatigue Mechanism in Wurtzite Ferroelectric Al$_{0.65}$Sc$_{0.35}$N: Oxygen Infiltration Enabled Grain Amorphization Spanning Boundary to Bulk
本研究借助透射电子显微镜揭示高 Sc 掺杂 AlScN 铁电薄膜中氧沿电极边缘和晶界渗入并诱发非晶化的疲劳机制。
2024-04-07 cond-mat.mtrl-sci
Operando observation of reversible oxygen migration and phase transitions in ferroelectric devices
非传统的铁电性，在减少纳米尺度的强大，表现出的氧化硅基薄膜在纳米电子学的巨大机遇。然而，偏振转换的确切性质仍然存在争议。在这里，我们调查外延Hf0.5Zr0.5O2（HZO）电容器，与氧导电金属（La0.67Sr0.33MnO3，LSMO）作为电极，使用原子分辨电子显微镜，而在原位电偏置。通过直接氧成像，我们观察到可逆的氧空位迁移从底部到顶部电极通过HZO和揭示相关的可逆结构相变在外延LSMO和HZO层。我们遵循原子尺度上的相变路径，并确定这些机制在隧道结和铁电电容器与亚毫秒脉冲切换中发挥作用。我们的研究结果明白无误地表明，氧伏安法和极化开关交织在这些材料。
2020-10-21 cond-mat.mtrl-sci
Chemical control of polarization in thin strained films of a multiaxial ferroelectric: phase diagrams and polarization rotation
在2-4 Landau-Ginzburg-Devonshire（LGD）热力学势和Stephenson-Highland（SH）方法相结合的框架下，研究了多轴铁电薄膜中由于旋转极化和表面离子之间的电化学耦合而产生的涌现行为.结合LGD-SH的方法可以描述的电化学开关和旋转的极化矢量的多轴铁电薄膜覆盖的表面离子的电荷密度依赖于相对氧分压。计算了多轴应变铁电薄膜的相图，分析了极化分量与外加电压的关系，讨论了多轴应变铁电薄膜中准静态铁电、介电和压电电滞回线的特性。通过氧离子的非线性表面屏蔽使得图与已知的图非常不同，应变钛酸钡薄膜。出乎意料的是，我们预测的铁电折返相的外观。得到的结果点上的可能性，以控制的外观和功能的铁电，介电和压电滞后在多轴FE膜覆盖的表面离子通过改变其浓度，通过氧分压。多轴FE膜的LGD-SH描述可以在贝叶斯优化框架内进一步实施，从而打开预测材料优化的途径。
2021-09-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Ferroelectricity in oxygen-terminated 2D carbides of lanthanide elements
本研究通过ab initio计算发现镧系元素氧端接二维碳化物M2CO2具有铁电和反铁电相，且双轴应变可调控其极化和带隙，展现出优异的紫外光吸收特性。
2024-06-01 cond-mat.mtrl-sci
Ferroelectric-HfO2/Oxide Interfaces, Oxygen Distribution Effect and Implications for Device Performance
对HfO 2铁电性的原子级理解对于帮助解决开发可靠和高性能铁电HfO 2（fe-HfO 2）基器件的许多挑战非常重要。虽然从不同的角度进行了研究，但以前的研究在很大程度上忽略了一个与实际器件相关且显然值得更多关注的因素，即fe-HfO 2/电介质界面。在这里，我们研究了几个典型的界面之间形成的Al 2 O3-HfO 2和氧化物的SiO2在次-3-nm区域的电子结构。我们发现，界面的形成引入了强大的去极化领域的铁-HfO 2，这是有害的铁电极化，但可以是一个优点，如果驯服隧道器件，最近证明。不对称氧分布诱导的极性，交织铁电极化或没有，也被调查作为一个相关的界面效应在实际设备。虽然从某些方面考虑是有害的，例如诱导内建场（独立于铁电极化）和加剧去极化（与铁电极化交织），但它可以通过其他效应（例如退火（非本征）和极性诱导的缺陷形成（本征））部分平衡。这项工作提供了深入了解铁电HfO 2/电介质界面和一些有用的影响，器件的发展。
2021-11-18 cond-mat.mtrl-sci
Charged Oxygen Vacancy Induced Ferroelectric Structure Transition in Hafnium Oxide
铁电性HfO2在薄膜和最近在体材料中的发现是一个重要的突破，因为它的硅兼容性和意想不到的持续极化在低维，但其铁电性的起源仍在争论中。亚稳极性正交相的稳定化通常被认为是各种外在因素如应力、晶界和氧空位以及退火过程中的相变动力学的累积结果。我们提出了一种新的机制，以稳定的极性正交相的非极性单斜相，即散装基态。我们的第一性原理计算表明，双正电荷的氧空位，一个被忽视的缺陷，但通常存在于二元氧化物，是至关重要的铁电相的稳定。氧空位的电荷态作为一个新的自由度来控制宽带隙氧化物竞争相的热力学稳定性。
2021-06-23 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Effect of strain and oxygen vacancies on the structure of 180^o ferroelectric domain walls in PbTiO_3
本文研究了法向应变、切向应变和氧空位对PbTiO_3中180 °铁电畴壁结构的影响。已知氧空位移动到畴壁并钉扎它们。因此，我们假设在PbTiO_3中的Pb中心和Ti中心畴壁上的氧空位都是周期性排列的。我们使用一个半解析的非谐晶格静力学方法获得松弛配置使用壳势。在最近的从头计算的协议，我们观察到，铅为中心的畴壁与氧空位是不稳定的，即使在应变。我们对PbTiO_3的半解析计算表明，氧空位对180 °畴壁的结构有显著影响，但对畴壁的厚度影响不大，它使畴壁加宽了约50%。我们还研究了正应变和剪应变对180 °畴壁的影响。我们观察到，正常和剪切应变影响的结构，但不改变畴壁厚度。
2010-01-13 cond-mat.mtrl-sci
Electrochemical control of ferroelectricity in hafnia-based ferroelectric devices using reversible oxygen migration
本研究通过混合离子-电子 LaSrMnO$_3$ 电极实现 HZO 中氧的可逆抽取与插入，从而电化学调控并修复铁电极化，为多位存储等硅基器件提供新途径。
2021-06-21 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
The origin of the ferroelectric-like orthorhombic phase in oxygen-deficient HfO2-y nanoparticles
本文通过XRD、EPR和DFT计算揭示了氧缺陷及钇掺杂HfO2-y纳米颗粒中类铁电正交相的形成机制，并提出了修正的有效LGD模型，为硅兼容铁电纳米材料设计提供理论工具。
2024-12-06 cond-mat.mtrl-sci
The impact of charge compensated and uncompensated strontium defects on the stabilization of the ferroelectric phase in HfO$_2$
具有特定掺杂浓度的不同掺杂剂可用于制备铁电HfO $_2$薄膜。在这项工作中，它是探索为例，锶在一个全面的第一性原理研究。密度泛函计算揭示了HfO $_2$中Sr相关缺陷的结构、形成能和总能量。我们发现，电荷补偿缺陷，包括相关的氧空位Sr $_\text{Hf}$ V $_\text{O}$强烈有利于非铁电性，四元P4 $_\text{2}$ /mnc相积极。相比之下，无氧空位的未补偿缺陷Sr $_\text{Hf}$有利于铁电正交晶系Pca 2 $_\text{1}$相。根据形成能，未补偿缺陷在生产过程中的富氧条件下容易形成。在寿命期间存在的低氧分压促进氧的损失，导致V $_\text{O}$，并因此导致铁电正交Pca 2 $_\text{1}$相的不稳定，并伴随着漏电流的增加。本研究试图从根本上解释的铁电体，正交晶系Pca 2 $_\text{1}$相掺杂的稳定。
2017-08-25 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Revealing buried ferroelectric topologies by depth-resolved electron diffraction imaging
University of Southern California（南加州大学）；University of Wisconsin-Madison（威斯康星大学麦迪逊分校）；University of Michigan, Dearborn（密歇根大学迪尔伯恩分校）；Cornell University（康奈尔大学）；University of California, Berkeley（加州大学伯克利分校）
研究通过深度分辨电子衍射成像技术揭示铁电材料中隐藏的拓扑极化纹理，发现表面条纹演变为子表面涡旋并形成三重顶点，揭示了应变不均匀性和铁弹性孪生的作用。
2026-04-01 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Oxygen-vacancy-related relaxation and scaling behaviors of Bi0.9La0.1Fe0.98Mg0.02O3 (La,Mg-codoped BiFeO3) ferroelectric thin film
利用变温阻抗谱研究了Bi_（0.9）La_（0.1）Fe_（0.98）Mg_（0.02）O_3（BLFM）薄膜在40 ~ 200 ℃温度范围内的介电弛豫和标度行为。我们发现，跳跃电子和单电荷氧空位（VO。）共存在于BLFM薄膜中，分别对晶粒和晶界的介电响应作出贡献。VO的活化能。在整个研究温度范围内，电子的激活能为0.94 eV，而在110 oC以下和110 oC以上，电子的激活能分别为0.136 eV和0.239 eV，这与沿Fe ~（2+）- VO. Fe ~（3+）链和Fe ~（2+）-Fe ~（3+）之间的电子跃迁，表明电子跃迁过程不同。此外，还发现BLFM薄膜中的跳跃电子是以长程运动的形式存在的，而氧空位的局域运动和长程运动同时存在。Cole-Cole图显示了氧空位弛豫的多色散性质和跳跃电子的唯一弛豫时间。模量谱的标度行为进一步表明氧空位弛豫时间的分布与温度无关。
2012-03-02 cond-mat.mtrl-sci
Oxygen vacancies induced ferroelectricity in relaxors with ABO3 structure
在Landau-Ginzburg-Devonshire唯象理论框架下考虑了氧空位对钙钛矿结构弛豫体的影响。弛豫子的理论适用性是基于它们中存在一些隐藏的软声子极模，并且在负温度TC* 下其频率可能为零。主要关注的是PZN-PLZT弛豫体0.3Pb（Zn_（1/3）Nb_（2/3））O_（3 -0.7）（Pb_（0.96）La_（0.04）（Zr_xTi_（1-x））_（0.99）O_（3-x））（x = 0.52），在此之前进行了氧空位对极性性质影响的实验研究，并获得了氧空位诱导铁电性的证据。由于已知氧空位是弹性偶极子，它们由于Vegard和挠曲电耦合而影响弹性和电场。在自由能泛函中考虑了空位的弹性和电致伸缩贡献。利用空位浓度分布函数计算了空位对极性的影响。结果表明，负居里温度的弛豫TC* 是重整化的弹性偶极子由于电致伸缩耦合，并可以成为积极的在一些足够大的浓度的空位。我们计算了局部极化和电场诱导的挠曲化学耦合依赖于氧空位的浓度。由于空位浓度分布的不均匀性，铁电相和弛豫态可以共存。
2018-09-01 cond-mat.mtrl-sci
Thermodynamic stabilization and electronic effects of oxygen vacancies at BiFeO$_3$ neutral ferroelectric domain walls
本文通过第一性原理模拟量化了BiFeO$_3$中性铁电畴壁处氧空位的热力学稳定性和电子效应，发现空位在畴壁处具有高达0.3 eV的能量优势并诱导小极化子态，为畴壁导电和缺陷工程提供了定量基础。
2025-07-16 cond-mat.mtrl-sci
Defects and Oxygen Impurities in Ferroelectric Wurtzite Al$_{1-x}$Sc$_x$N Alloys
本研究通过第一性原理计算分析铁电纤锌矿Al$_{1-x}$Sc$_x$N合金的本征缺陷与氧杂质，明确氮空位和氧替位缺陷的特性与影响，为该类铁电器件的研发提供缺陷物理基础。
2023-08-28 cond-mat.mtrl-sci
Establishing quasi-linear quadrupole functional topology by oxygen-vacancy engineering at a ferroelectric domain wall
二维金属氧化物结构中的氧空位由于其独特的导电、磁性甚至导电功能而引起人们的广泛关注。铁电畴壁是最近一个突出的例子，因为它们作为拓扑缺陷的中心，使不寻常的对称性和低能量开关技术相关。然而，由于氧原子的轻重量和其空位的局部化效应，氧空位的原子尺度的电学和力学影响仍然难以捉摸。在这里，稳定的个人氧空位被发现和工程原位在晶种钛酸钙钛矿铁电畴壁。结合先进的透射电子显微镜和第一性原理方法的原子尺度的应变，电场，电荷和偶极矩分布，其特征在于这些空缺。3-5在空位的紧邻周围晶胞处观察到%拉伸应变。发现空位周围的偶极距分布是交替的头对头$-$尾对头$-$结构，产生准线性四极拓扑。附近的Ti离子的减少以及增强的充电和电场浓度附近的空缺确认了四极结构，并说明其对电气和结构性能的局部影响。在空位的晶胞中发现了显著的带内态，提出了有意义的畴壁电导率。氧空位工程和可控四极杆，使预先确定的原子尺度和全球功能特性提供了一个有前途的平台，机电拓扑孤子和器件的小型化在金属氧化物。
2021-04-21 cond-mat.mtrl-sci
Transient Detour and Cooperative Oxygen Exchange in the Polarization Switching of Ferroelectric Hf0.5Zr0.5O2
The University of Tokyo（东京大学）
本研究通过电场诱导分子动力学模拟揭示铁电Hf0.5Zr0.5O2的极化切换由O3c与O4c的动态交换驱动，明确其独特的瞬态迂回机制及内部自补偿效应，为下一代铁电存储器设计提供关键依据。
2026-07-30 cond-mat.mtrl-sci
Hierarchy of Domain Reconstruction Processes due to Charged Defect Migration in Acceptor Doped Ferroelectrics
用自洽方法研究了受主掺杂铁电体中氧空位迁移引发的极化畴条纹阵列的演化。一个全面的模型的基础上的朗道-金兹伯格-德文郡的方法，包括半导体功能，由于电子和空穴的存在下，和电致伸缩和flexoelectricity的影响，特别是显着的自由表面和畴壁附近。自发形成的域阵列在没有外场的情况下示出进行重建的过程中的退极化场驱动的逐渐的氧空位迁移。在自由铁电表面附近的电荷缺陷积累导致一系列现象：（i）正和负c-畴之间的对称性破缺，（ii）在自由表面处出现有效偶极层，随后形成表面静电势，（iii）畴壁的倾斜和再充电，特别是在较高的受主浓度下明显。由结构的自由能的增益确定的内部偏置场表现出其幅度对时间和掺杂剂浓度的依赖性以及与BaTiO 3中老化的可用实验结果相当。
2019-07-04 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Ptychographic nanoscale imaging of the magnetoelectric coupling in freestanding BiFeO$_3$
本文利用软X射线叠层衍射成像技术对80 nm自由站立BiFeO$_3$薄膜进行纳米尺度成像，同时分辨铁电畴和64 nm周期反铁磁自旋回旋结构，直接可视化其强磁电耦合及畴结构。
2024-06-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Rigorous ESR spectroscopy of $Fe^{3+}$ impurity ion with oxygen vacancy in ferroelectric $SrTiO_3$ crystal at 20 mK
本研究在20 mK下利用ESR波谱探究了铁电$SrTiO_3$中含氧空位的$Fe^{3+}$杂质，发现巨g因子并揭示了其中心对称性变化与铁电相变软模特征及八面体旋转不对称性的关联。
2024-03-24 cond-mat.mtrl-sci quant-ph
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
The coupling of polarization and oxygen vacancy migration in ferroelectric Hf0.5Zr0.5O2 thin films enables electrically controlled thermal memories above room temperature
本文揭示外延 Hf0.5Zr0.5O2 铁电薄膜中极化与氧空位迁移的耦合机制，实现室温以上具有 1.6 开关比且状态稳定的非易失性电控双态热存储器。
2025-01-10 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Valence and Spin fluctuations in Mn-doped ferroelectric BaTiO3
利用密度泛函理论（DFT）结合动力学平均场论（DMFT）研究了Mn对BaTiO 3中Ti的替代作用.我们发现了强烈的电荷和自旋波动。在没有补偿氧空位的情况下，发现基态是两个不同原子价态3d 4和3d 5的量子叠加。在相邻位置引入补偿氧空位减少了由于从Mn到其配体的电子跳跃的减少而引起的电荷和自旋波动。结果，价波动减少，并且紧密地固定到高自旋3d5状态。在这里，我们表明，包括电荷和自旋涨落是必要的，以获得一个准确的基态的过渡金属掺杂的铁电体。
2018-08-21 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Polarization dependent chemistry of ferroelectric BaTiO3 (001) domains
最近的工作表明，表面化学，特别是氧空位的存在可以影响铁电材料中的极化。这反过来又会影响由屏蔽去极化场的需要驱动的畴序。在这里，我们表明，使用密度泛函理论，在钛酸钡（001）表面的氧空位的存在下，优先稳定向内指向，P-，极化。畴序的镜电子显微镜测量证实了理论结果。
2018-06-07 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Origin of ferroelectricity and multiferroicity in binary oxide thin films
在二元氧化物薄膜中观察到铁电、铁磁和铁弹相引起了科学家和工程师的广泛兴趣。然而，所观察到的行为的物理性质的理论考虑主要是从第一性原理的HfO 2薄膜，并在朗道-金兹伯格-德文郡（LGD）的唯象方法的框架中，特别注意在这两种情况下的氧空位的作用。考虑到LGD理论的一般性，我们在这项工作中将其应用于二元氧化物组。已经在假设氧空位作为弹性偶极子可以由于缺陷位点诱导的和/或表面诱导的反转对称性破缺（经由例如压电效应）而部分地转变成电偶极子并且可以“迁移”超薄膜的整个深度的情况下执行了计算。计算了室温下不同膜厚下薄膜极化随外加电压的变化关系。由于许多二元氧化物膜是铁电和铁磁的，由于相同的氧空位，它们可以是多铁性的。计算表明，二元氧化物薄膜是一类新的多铁性材料，具有广泛的物理性质，可用于纳米电子学和纳米技术。通过选择氧空位浓度、膜厚和特殊的工艺处理如退火，可以控制薄膜的性能。
2020-12-05 cond-mat.mtrl-sci
Oxygen vacancies in bulk and at neutral domain walls in hexagonal YMnO$_3$
本文采用密度泛函方法研究了体相六方晶系YMnO $_3$中氧空位的容纳和迁移，以及中性铁电畴壁与氧空位之间的相互作用。计算结果表明，体相YMnO $_3$中的氧空位在Mn-O层中比在Y-O层中更稳定.与钙钛矿中的氧空位以及先前报道的h-YMnO $_3$中的氧空位的值相比，平面氧空位的迁移势垒高。计算的极化随空位浓度线性下降，而面外晶格参数扩大与以前的实验一致。与铁电钙钛矿相比，氧空位被发现是更稳定的散装比在畴壁。氧空位从中性畴壁分离的趋势被解释为不利的Y-O键长所造成的局部应变场在畴壁。
2018-07-04 cond-mat.mtrl-sci
Improved Leakage Currents and Polarity Control through Oxygen Incorporation in Ferroelectric Al0.73Sc0.27N Thin Films
研究通过反应溅射引入氧掺杂以减少铁电Al0.73Sc0.27N薄膜漏电流，发现其可降低漏电流近四倍且不显著影响结构，还能控制薄膜极性，为铁电氮化物的微电子应用提供改进方案。
2024-11-26 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Rotator and extender ferroelectrics: Importance of the shear coefficient to the piezoelectric properties of domain-engineered crystals and ceramics
高剪切系数d15（或d24）的压电性能的畴工程和多晶铁电体的重要性进行了讨论。作为压电响应的一种机制，极化旋转的程度与剪切系数直接相关。引入术语“旋转体”和“扩展体”以区分4 mm BaTiO 3和PbTiO 3等晶体的对比行为。在“转子”铁电体，其中d15是高相对于纵向系数d33，极化旋转是压电响应的主导机制;最大纵向压电响应被发现远离极轴。在“扩展”铁电体，d15是低的，共线效应占主导地位，最大的压电响应被发现沿极轴。以氧八面体为基础的各种晶体结构的3 m、mm ~ 2和4 mm铁电体都是用这种方法分类的。结果表明，最大的压电各向异性d15/d33总是在3 m晶体中发现，这是由于组成氧八面体的本征电致伸缩各向异性。最后，对于一个给定的对称性，压电各向异性增加接近铁电-铁电相变，这包括morphotropic相边界和温度诱导的多态性转变。
2007-03-05 cond-mat.mtrl-sci
Phase-field modeling of chemical control of polarization stability and switching dynamics in ferroelectric thin film
相场模拟（PFS）技术的出现，使人们对铁电薄膜和陶瓷的电畴结构和开关行为的理解发生了革命性的变化。通常，PFS基于在固定电势或电荷的物理边界条件（BC）下针对定义的（多个）序参量场的（一组）Ginzburg-Landau方程的解。虽然与块体材料和器件中的界面匹配良好，但这些BC通常不适用于自由铁电表面。在这里，我们开发了一个自洽的相场模型与边界条件的基础上的电化学平衡。以（001）取向的单四方畴（Pz）结构的Pb（Zr 0.2Ti 0.8）O3薄膜为模型体系，系统地研究了氧分压、温度和表面离子对薄膜铁电态的影响，并与完全屏蔽的情况进行了比较。我们进一步探讨了氧分压引起的极化反转，并观察到化学屏蔽引起的明显的尺寸效应。我们的工作有助于理解铁电薄膜中由电化学离子表面补偿引起的涌现现象。
2016-09-15 cond-mat.mtrl-sci
Influence of strain and oxygen vacancies on the magnetoelectric properties of multiferroic bismuth ferrite
采用第一性原理密度泛函理论计算了多铁性材料BiFeO 3的铁电极化和弱铁磁磁化强度与应变和氧空位的关系。发现电极化的强度与应变相当无关，与大多数常规钙钛矿铁电体形成鲜明对比。它也不受氧空位或应变和氧空位的组合存在的显著影响。磁化强度也不受应变的影响，然而氧空位的掺入可以轻微地改变磁化强度，并且还导致Fe^{2+}的形成。这些结果进行了讨论，根据最近的实验BiFeO_3的外延膜，报告了一个强烈的厚度依赖性的磁化强度和极化。
2005-02-15 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Ferroelectric domain nucleation and switching pathways in hafnium oxide
本文利用透射电子显微镜和差分相位衬度成像在原子尺度实时研究氧化铪薄膜的极化翻转路径，揭示其翻转过程经由瞬态类四方局域结构，氧离子在母体铪多面体内移动。
2023-11-29 cond-mat.mtrl-sci
Oxygen tilt-driven polar super-orders in BiFeO3-based superlattices
本研究通过密度泛函理论计算发现，BiFeO3/SrRuO3超晶格中存在氧八面体倾斜驱动的纳米孪晶相，可引发反极性运动与化学周期加倍，揭示了调控超晶格极性位移的新机制。
2024-04-17 cond-mat.mtrl-sci
Oxygen vacancy formation energies in PbTiO$_3$/SrTiO$_3$ superlattice
使用第一性原理密度泛函理论计算确定了由SrTiO $_3$和PbTiO $_3$（STO/PTO）组成的原型钙钛矿氧化物超晶格中的缺陷稳定性。具体地，确定并比较具有四个STO原子层和四个PTO层（4STO/4PTO）的超晶格的顺电相和铁电相中的氧空位形成能E $_v$。电荷状态，八面体旋转，极化，和界面上的E $_v$的影响进行了研究。超晶格的形成能随层而变化，铁电相的E $_v$高于顺电相。在这些氧化物超晶格中构造的两个界面在顺电系统中是对称等效的，在铁电超晶格中表现出非常不同的形成能，并且可以看出这是由铁电和旋转模式的耦合驱动的。在等效晶格位置，带电空位的E $_v$一般低于中性空位。FE超晶格中的八面体旋转（a $^0$ a $^0$ c $^-$）对E $_v$具有显著影响，增加了位于界面附近的空位的形成能，但降低了位于STO和PTO组成部分的块状区域中的氧空位的形成能。不同层之间的形成能的变化被发现主要是由在每个层的局部弛豫的差异。这些对钙钛矿超晶格中缺陷稳定性的基本见解可以用于通过控制超晶格的组成材料和界面工程来调节缺陷性质。
2018-05-29 cond-mat.mtrl-sci
Role of Oxygen Vacancies in Stabilizing the Orthorhombic Phases of Hf0.5Zr0.5O2 Nanoparticles
Frantsevich Institute for Problems in Materials Science of the National Academy of Sciences of Ukraine（乌克兰国家科学院弗伦采维奇材料科学问题研究所）；Institute of Physics of the Czech Academy of Sciences（捷克科学院物理研究所）；Stockholm University, Department of Chemistry（斯德哥尔摩大学化学系）；Ye. O. Paton Institute of Materials Science and Welding, National Technical University of Ukraine “Igor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute”（乌克兰国立技术大学“伊戈尔·西科尔斯基基辅理工学院”叶·奥·帕顿材料科学与焊接研究所）；Oles Honchar Dnipro National University（阿列斯·洪恰尔第聂伯罗国立大学）；Institute of Physics of the National Academy of Sciences of Ukraine（乌克兰国家科学院物理研究所）；Zone 5 Technologies, Special Projects（Zone 5 Technologies特殊项目部）
研究通过分析氧空位浓度对Hf0.5Zr0.5O2纳米颗粒正交相稳定性的影响，结合Landau-Ginzburg-Devonshire理论揭示了氧空位诱导的化学应变对正交相稳定性的贡献，以及氧空位对介电性能和铁电性的影响。
2026-05-17 cond-mat.mtrl-sci
Electronic structure and ferroelectricity in SrBi2Ta2O9
采用全势线性缀加平面波（LAPW）方法，在局域密度近似下，对SrBi 2 Ta 2 O 9的电子结构进行了第一性原理研究.结果表明，除了Ta（5d）-O（2 p）杂化这一钙钛矿铁电体的共同特征外，铋和氧之间还存在重要的杂化。铁电畸变和铁电性的主要来源的潜在的静电势的晶格动力学研究使用冻结声子的方法。
2000-03-16 cond-mat.mtrl-sci
The nature of iron-oxygen vacancy defect centers in PbTiO3
铁电PbTiO 3中的铁（III）中心与氧空位一起形成沿晶体学c轴取向的带电缺陷缔合物。通过比较基于精细结构数据的半经验Newman叠加模型分析和密度泛函理论计算的结果，对其微观结构进行了详细的分析。这两种方法都证明了Fe 3+取代Ti 4+作为受主中心。铁离子在铁电相中的位置与顺电相中的B位相似。部分电荷补偿由直接配位的氧空位局部提供。使用高分辨率的同步加速器粉末衍射，它被证实，钛酸铅仍然是tetraphenic低至12 K，表现出的c/a比为1.0721。
2005-04-27 cond-mat.mtrl-sci
Defect engineering for control of wake-up effect in HfO2-based ferroelectrics
唤醒效应一直是阻碍氧化硅基铁电薄膜商业化的一个障碍。在这项工作中，我们调查的缺陷，控制臭氧剂量，对原子层沉积的Hf0.5Zr0.5O2（HZO）薄膜的场循环行为的影响。在通过增加臭氧剂量减少碳污染和氧缺陷后，实现了几乎无唤醒的器件。在30秒的臭氧脉冲持续时间下生长的样品在原始状态下显示出约98%的唤醒Pr，而在5秒的臭氧脉冲时间以下生长的样品显示出收缩的滞后回线，经历了大的唤醒效应。X射线光电子能谱学（XPS）分析结果表明，在氧含量不足的情况下，薄膜中的氧空位和碳浓度增加是导致薄膜中氧空位和碳浓度增加的主要原因。X射线衍射（XRD）扫描表明，臭氧脉冲时间的增加导致四方相的减少，因此介电常数降低。I-V测试结果表明，随着臭氧用量的减少，电流密度增加，这可能是由于沉积膜中氧空位的产生。最后，我们研究了唤醒效应的动力学，它似乎是很好地解释了基于结构相变的Johnson-Mehl-Avrami-Kolmogoroff模型。
2020-09-10 cond-mat.mtrl-sci
Equilibrium and Stability of Polarization in Ultrathin Ferroelectric Films with Ionic Surface Compensation
热力学理论发展的铁电相变的铁电薄膜在平衡的化学环境，提供离子物种，以补偿其表面。基于Landau-Ginzburg-Devonshire理论，使用电化学平衡提供离子补偿边界条件，开发了状态方程和自由能表达式。计算了单畴PbTiO $_3$（001）薄膜与SrTiO $_3$的相干应变，其暴露的表面和其电子导电的底部电极与受控的氧分压平衡。不同极化相的稳定性和亚稳边界被确定为温度，氧分压和膜厚度的函数。给出了显示极化和内部电场的相图。在低于厚度相关居里点的温度下，高或低的氧分压分别稳定正或负极化。结果进行了比较的标准情况下的电子补偿控制的两个电极上施加的电压或电荷。通过与环境的化学平衡进行的离子表面补偿在相图中引入了新的特征。在非极性膜中，当在固定温度下改变外部化学势时，在带电表面物质不以足够的浓度存在以稳定极性相的条件下，稳定的非极性相可以出现在正极性相和负极性相之间。
2011-07-30 cond-mat.mtrl-sci
Stabilization of highly polar BiFeO$_3$-like structure: a new interface design route for enhanced ferroelectricity in artificial perovskite superlattices
在ABO 3钙钛矿中，氧八面体旋转是常见的结构扭曲，可以促进具有R3 c结构的BiFeO 3中的大铁电性[1]，但抑制具有Pbnm对称性的CaTiO 3中的铁电性[2]。对于许多类CaTiO 3钙钛矿，BiFeO 3结构是亚稳相。在这里，我们报告的高极性BiFeO 3-类相的钛酸钡在SrTiO 3衬底上生长的BaTiO 3/CaTiO 3超晶格的稳定。的稳定是通过重建的氧八面体的旋转在界面处的非极性散装CaTiO 3的图案的BiFeO 3相的特征是一个不同的模式。通过结合振幅对比度次0.1nm高分辨率透射电子显微镜和第一性原理理论的结构，能量学和极化的超晶格及其组成部分的重建解释。我们进一步预测了一些新的人工铁电材料，证明非极性钙钛矿可以通过这种界面机制变成铁电体。因此，大量具有CaTiO 3结构类型的钙钛矿，包括许多磁性代表，现在是新型高极性多铁性材料的良好候选者[3]。
2016-02-16 cond-mat.mtrl-sci
Oxygen Vacancy-Induced Monoclinic Dead Layers in Ferroelectric $Hf_xZr_{1-x}O_2$ With Metal Electrodes
本研究通过第一性原理分析铁电HZO材料中的单斜相死层，揭示氧空位分布、极化方向等的影响，发现50%Zr掺杂及贵金属电极可降低m相死层形成概率。
2024-12-09 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
First-principles re-investigation of bulk WO3
利用第一性原理计算，我们分析了三氧化钨WO 3的结构性质。我们的计算依赖于密度泛函理论和使用的B1-WC混合功能，这提供了非常好的协议与实验数据。假设的高对称性立方参考结构结合了几个铁电和反铁畸变（反极性阳离子运动，氧八面体的旋转和倾斜）结构不稳定性。与反极W运动相关的不稳定性与氧旋转和倾斜相关的不稳定性相结合，产生最大的能量减少，产生P21/c基态。这种非极性P21/c相与实验报道的Pc基态的不同之处仅在于没有非常微小的额外铁电畸变。在化学计量化合物上进行的计算表明，WO 3的低温相本质上不是铁电的，并且所报道的铁电特性可能来自于诸如氧空位的非本征缺陷。独立地，我们还确定从未观察到的R3 m和R3 c铁电相与大极化和低能量接近的P 21/c基态，这使得WO 3一个潜在的反铁电材料。不同的结构扭曲之间的耦合方面的相对稳定性的各个阶段进行了讨论，突出了一个非常复杂的相互作用，涉及不正确的耦合高达四阶的能量膨胀在立方相。
2016-09-14 cond-mat.mtrl-sci
Effect of External Normal and Parallel Electric Fields on 180^o Ferroelectric Domain Walls in PbTiO_3
我们在PbTiO 3中施加平行于180 °铁电畴壁和垂直于180 °铁电畴壁的均匀电场，并使用非简谐晶格静力学方法获得平衡结构。除了钛为中心和铅为中心的完美畴壁，我们还考虑了钛为中心的畴壁与氧空位。我们观察到电场可以显著增加畴壁的厚度。我们还观察到，增加电场的大小，我们达到一个临界电场E^c;当E > E^c时，没有局部平衡组态。因此，E^c可以被认为是畴壁运动的阈值场E_h的估计。计算结果表明，氧空位使E^c值减小.由于缺陷畴壁比完美畴壁厚，这一结果与最近的实验观察和连续计算结果一致，即较厚的畴壁具有较低的阈值场。
2010-12-24 cond-mat.mtrl-sci
Ultralarge polarization in ferroelectric hafnia-based thin films
本研究报道了缺氧 Hf0.5Zr0.5O2 薄膜具有超大剩余极化（387 μC cm-2），归因于新发现的铁电单斜 Pc 相与正交相共存，为集成铁电器件等应用提供前景。
2024-03-18 cond-mat.mtrl-sci
Phase separation and ferroelectric ordering in charge frustrated LuFe2O4-x
的电荷有序（CO）的透射电子显微镜观察在LuFe 2 O 4-x的电子极化清楚地显示了一个显着的相分离在低温下的存在。发现CO的两个基态分别采用Q1 =（1/3，1/3，0）和Q2 =（1/3 + y，1/3 + y，3/2）的电荷调制。我们的结构研究表明，在相对较低的氧含量的样品中，不连续的Q2调制状态主要是稳定的。从理论模拟的衍射数据表明，Q1和Q2调制相具有铁电有序。讨论了氧浓度对该层状体系的相分离和电极化的强度的影响。
2009-09-09 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Investigation of Room Temperature Ferroelectricity and Ferrimagnetism in Multiferroic AlxFe2-xO3 Epitaxial Thin Films
多铁性材料开辟了在电子设备中设计新功能的可能性，具有低能耗。然而，很少有材料在室温下表现出多铁性，这对于实际使用至关重要。AlxFe_（2-x）O_3（x-AFO）薄膜属于k-Al_2 O_3家族，具有室温亚铁磁性和极性晶体结构。然而，由于薄膜电阻率低，在室温下很难实现其铁电性能。本文采用脉冲激光沉积法在SrTiO_3衬底上制备了低泄漏的x-AFO（0.5 <= x <= 1）外延薄膜<111>。磁性测量证实了室温亚铁磁性的薄膜，但居里温度被发现是由沉积条件的影响。第一性原理计算表明，铁电畴切换发生通过剪切面内的氧层，并预测了24 uC/cm 2的高极化值。然而，实际的铁电测量表明，极化是两个订单less. Presence的多个面内畴，反对相邻畴的极化切换，被认为是观察到的小极化的原因。比较介电弛豫研究和铁电表征表明，氧空位缺陷有助于畴壁运动，这反过来又有利于极化切换。
2019-03-27 cond-mat.mtrl-sci
Fatigue-free ferroelectricity in Hf0.5Zr0.5O2 ultrathin films via interfacial design
针对HfO2基铁电材料的疲劳可靠性难题，通过构建CeO2-x氧海绵异质界面和对称电容器结构的双策略，实现了超10^11次无疲劳开关与超10^12次耐久寿命，为超稳定铪基铁电器件研发奠定基础。
2025-01-12 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
