Disorder dependent spin-orbit torques in L10 FePt single layer
我们报告自旋轨道力矩（SOT）在L10有序垂直磁化FePt单层，这是显着的无序影响。最近，在L10-FePt单层中的自感SOT已被研究，这归因于沿膜法线方向的组分梯度。然而，磁化切换的确定机制尚未得到充分研究。随着生长温度的变化，我们制备了具有相同厚度（3 nm）但具有不同无序度的FePt单层。我们发现，几乎完全的磁化翻转只发生在更无序的薄膜，和磁化翻转比变小，随着增加L10有序。以往研究中推导有效自旋矩场的方法不能完全解释L10-FePt单层中自旋电流的产生和自感SOT。结合磁光克尔效应显微镜和反常霍尔效应测量，我们得出结论，无序应该决定畴壁的形成，以及自旋电流的产生。
2020-12-09 cond-mat.mtrl-sci
Polarization Rotation, Switching and E-T phase diagrams of BaTiO$_3$: A Molecular Dynamics Study
我们利用分子动力学模拟来了解铁电体BaTiO $_3$在外加电场下的极化反转机制。对于四方晶系和正交晶系铁电相，我们确定了开关路径，并表明通过中间单斜相的极化旋转（a）有利于在低场（b）的切换是负责在极化切换急剧各向异性。我们通过确定详细的电场-温度相图来理解这一点，这对基于铁电体的机电和开关响应的技术应用至关重要。
2008-09-17 cond-mat.mtrl-sci
Switching times of nanoscale FePt: finite size effects on linear reversal mechanism
在FePt晶粒的线性反转机制，从2.316 nm到5.404 nm的范围内，已模拟使用原子自旋动力学，参数化从头计算。居里温度和发生线性反转机制的临界温度（T*）随系统尺寸的增大而减小，而温度窗口T* < T < TC增大。接近居里温度的反转路径已被计算，表明对于减小系统尺寸的反转路径在较低的温度下变得更加椭圆，与有限尺寸效应引起的居里温度的降低一致。最小脉冲持续时间的计算显示更快的切换在小晶粒和定性描述的Landau-Lifshitz-Bloch方程与有限尺寸的原子参数化，这表明，多尺度建模FePt的晶粒尺寸为~ 3.5 nm是可能的。
2015-04-14 cond-mat.mtrl-sci
Size-dependent magnetization switching characteristics and spin wave modes of FePt nanostructures
我们提出了一个全面的调查的尺寸依赖的开关特性和自旋波模式的FePt纳米元素。将弯曲的纳米磁体（“帽”）与在100至300 nm的尺寸范围内具有相同直径和体积的扁平盘进行比较。利用一阶反转曲线（FORC）进行的准静态磁化反转分析表明，球冠具有较低的涡旋成核和湮灭场比平盘。随着单元直径的减小，帽中的反转机制比盘中的反转机制更快地过渡到相干旋转。使用光致小角度进动的磁化动力学进行了研究，并揭示了强烈的尺寸依赖性，不同的两种形状。扁平磁盘表现出众所周知的中心和边缘模式在所有尺寸，但随着帽的直径从100纳米增加到300纳米，额外的振荡模式出现在协议与动态微磁模拟。此外，我们表明，帽的三维曲率导致更大的灵敏度所施加的场角，这提供了一个额外的方式来控制纳米磁性元件的超快响应。
2013-05-16 cond-mat.mtrl-sci
Elastic anomalies associated with domain switching in BaTiO$_3$ single crystals under in-situ electrical cycling
利用原位共振超声光谱（RUS）研究了BaTiO $_3$单晶在室温下电场循环过程中的弹性响应，该方法可以监测铁电极化开关引起的弹性和滞弹性变化。我们发现，原始单晶的第一个铁电开关是由铁弹90°开关。在随后的铁电开关，铁弹开关减少域钉扎和占主导地位的180°铁电畴，证实了偏振光显微镜。因此，在原位电场下的RUS被证明是一种有效的技术，用于铁电体中的机电耦合的调查。
2019-06-09 cond-mat.mtrl-sci
Transition from Homogeneous to Domain-Wall-Mediated Polarization Switching in BaTiO3: A Machine-Learning Molecular Dynamics Study
The University of Tokyo（东京大学）
通过机器学习分子动力学模拟，发现BaTiO3中极化翻转机制从均匀翻转到畴壁介导翻转的转变由超胞尺寸驱动，并建立了局部构型无序与宏观翻转行为之间的定量联系。
2026-10-01 cond-mat.mtrl-sci
Strain Control and Layer-Resolved Switching of Negative Capacitance in BaTiO$_3$/SrTiO$_3$ Superlattices
采用蒙特卡罗模拟方法，在原子有效哈密顿量模型下研究了BaTiO $_3$ /SrTiO $_3$超晶格中的负电容.我们发现外延应变可以调整的钛酸钡$_3$铁电层的负电容和系统的总电容在很宽的温度范围内。此外，我们预测并解释了原始开关的负电容从钛酸钡$_3$层的SrTiO $_3$层在低温下的中间应变。我们的研究结果表明，如何在这些超晶格的多畴过渡的扩散特性，提高其电容应用的可行性。
2019-04-17 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.stat-mech
Ferroelectric switching at edge dislocations in BaTiO$_3$ modelled at the atomic scale
Interdisciplinary Centre for Advanced Materials Simulation (ICAMS), Ruhr-University Bochum（波鸿鲁尔大学先进材料模拟跨学科中心）；Center for Interface-Dominated High Performance Materials (ZGH), Ruhr-University Bochum（波鸿鲁尔大学界面主导高性能材料中心）；Faculty of Physics and Astronomy, Ruhr-University Bochum（波鸿鲁尔大学物理与天文学系）；Univ. Lille, CNRS, INRAE, Centrale Lille, UMR 8207 - UMET - Unité Matériaux et Transformations（里尔大学、法国国家科学研究中心、法国国家农业食品与环境研究院、里尔中央理工学院、UMR 8207 材料与转化单元）
研究通过原子模拟揭示了BaTiO3中⟨100⟩边缘位错核心在不同电场方向下作为铁电开关成核中心或墙钉的机制，阐明了位错对铁电开关的影响。
2026-01-30 cond-mat.mtrl-sci
Phase-Transition Induced Domain Evolution and Magnetization Dynamics in FePt/FeRh Bilayers for Efficient Heat-Assisted Magnetic Recording
National Institute for Materials Science（物质材料研究机构）；Indian Institute of Technology Hyderabad（印度理工学院海德拉巴分校）；Western Digital Technologies GK（西部数据技术株式会社）
研究FePt/FeRh双层结构中相变对磁化行为的影响，通过相变诱导的磁域演化降低矫顽力，提升热辅助磁记录效率。
2026-04-30 cond-mat.mtrl-sci
Ferroelectric Switching in Hybrid Molecular Beam Epitaxy-Grown BaTiO3 Films
本文利用混合MBE原位生长全外延SrRuO3/BaTiO3/SrRuO3电容器，首次直接测得MBE生长BaTiO3薄膜的剩余极化P_r = 15 μC cm-2，并推测开关不对称性源于结构缺陷。
2025-05-03 cond-mat.mtrl-sci
Magnetic transition and spin-polarized two-dimensional electron gas controlled by polarization switching in strained CaMnO$_3$/BaTiO$_3$ slabs
通过第一性原理计算，研究应变CaMnO$_3$/BaTiO$_3$异质结中极化开关驱动的磁转变（G型到A型）及界面金属性，发现电子气自旋极化而空穴气非极化。
2024-02-19 cond-mat.mtrl-sci
Ultrafast polarization switching in BaTiO$_3$ by photoactivation of its ferroelectric and central modes
本研究利用机器学习力场的分子动力学模拟飞秒激光脉冲对BaTiO3的光激发，发现通过选择性激发铁电与中心模式声子，可在数百飞秒内反转极化方向或结合弱场切换至对称等效方向。
2023-12-03 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Micromagnetic Modelling of the Heat Assisted Switching Process in high Anisotropy FePt Granular Thin Films
对辅助磁开关的动态过程进行了数值模拟，研究了相关物理过程。该模型采用Voronoi构造来确定纳米颗粒薄膜记录介质的物理结构，并求解Landau-Lifshitz-Bloch（LLB）方程来随时间演化磁系统。在峰值系统温度的范围内并且对于多个各向异性值确定磁化的减少。结果表明，HAMR过程不是简单的热还原能垒上的磁化反转。为了实现完全磁化反转（对于所有研究的各向异性），需要至少6 kOe的外加场强，并且峰值系统温度必须至少达到居里点（Tc）。当加热到Tc时，与每个晶粒相关联的磁化被破坏，这引起非进动线性反转模式。通过这种线性反转模式反转磁化是有利的，因为反转时间比与进动相关联的时间小两个数量级。在这些条件下，随着温度降低到环境温度，磁化在所施加的场的方向上恢复，完成反转过程。此外，该模型产生的结果是一致的概念，热写入;当加热介质的Tc，较小的晶粒需要一个较大的场强反转磁化。
2019-05-20 cond-mat.mtrl-sci
Effect of uniaxial compressive stress on polarization switching and domain wall formation in tetragonal phase BaTiO3 via machine learning potential
Department of Materials Engineering, the University of Tokyo（东京大学材料工程系）；Institute of Industrial Science, the University of Tokyo（东京大学工业科学研究所）
研究通过机器学习势探讨单轴压缩应力对BaTiO3四方相极化开关和畴壁演化的影响，发现约120 MPa的临界应力触发90度极化开关，且压缩应力降低剩余极化和矫顽场，80 MPa时出现双滞回环。
2026-01-19 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Atomistic modeling of magnetization reversal modes in $L1_{0}$ FePt nanodots with magnetically soft edges
纳米图案化的FePt纳米点通常表现出低的介电常数和宽的切换场分布，这可能是由于图案化工艺期间的边缘损伤引起的，导致高磁晶各向异性所需的$L1_{0}$有序性降低。利用原子自旋模型研究了具有软磁边缘的$L1_{0}$ FePt纳米点的磁化反转行为。我们发现，反转是由成核的边缘宽度研究的整个范围内。对于窄软边缘的个别成核事件占主导地位的逆转，为更广泛的边缘，在边缘的多个成核创建一个圆形的域壁的接口之前完全逆转。我们的模拟比较以及与现有的分析理论。增加的边缘宽度进一步减小和饱和所需的成核场。形核场和激活体积控制热致开关场分布。通过使用适当的图案化方法控制点边缘的性质，应该可以在没有附加的软层的情况下实现交换弹簧位图案化介质。
2014-11-18 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Ultrafast Polarization Switching in BaTiO$_3$ Nanomaterial: Combined DFT and Coupled Oscillator Study
本文结合DFT与耦合振子模型研究BaTiO$_3$在太赫兹脉冲下的超快极化翻转，发现单个线偏振脉冲只能引起退极化而无法实现稳定翻转，并给出最低强度微扰脉冲的最佳参数估计。
2023-11-20 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Ferroelectricity and resistive switching in BaTiO$_3$ thin films with liquid electrolyte top contact for bioelectronic devices
我们研究了18 nm厚的外延BaTiO $_3$（BTO）薄膜在模型电解质-铁电-半导体（EFS）配置中的铁电和电阻开关行为。该系统是探索其潜在的铁电微电极在生物电子学。通过脉冲激光沉积（PLD）在半导体Nb掺杂（0.5wt\%）SrTiO $_{3}$（Nb：STO）单晶衬底上生长BTO膜。通过压电响应力显微镜（PFM）测量表明裸BTO薄膜的铁电性能。循环伏安法（CV）测量EFS配置，磷酸盐缓冲盐水（PBS）作为液体电解质的顶部接触，表明在双极电流-电压回路的特征铁电开关峰。通过分析EFS器件对单极电压信号的电流响应，证实了所观察到的开关峰的铁电性质。此外，电化学阻抗谱（EIS）测量表明，双极电阻开关的EFS设备，这是由BTO层的rebirth极化状态控制的行为。我们的研究结果代表了实现神经假体植入物和基于铁电微电极的混合神经计算系统的一个组成步骤。
2022-09-16 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Magnetization reversal in FePt thin films: Experiments and simulations
磁性薄膜中垂直磁各向异性与形状的竞争导致了异常的磁行为。在具有中等PMA的铁磁膜中，磁畴结构在临界厚度$t_c$以上从平面畴转变为条状畴。在这篇文章中，我们提出了一个详细的研究在FePt薄膜，在这种现象被观察到的磁化翻转机制。使用微磁模拟和实验，我们发现，低于$t_c$的反转机制是很好地描述了两相模型，而在此厚度以上的每个条纹内的磁化反转相干旋转。我们还分析了PMA和它的温度依赖性，探测衬底引起的应变是负责FePt膜与$t>t_c$观察到的异常矫顽场行为。
2023-02-16 cond-mat.mtrl-sci
Integration of imprint-free and low coercivity ferroelectric BaTiO3 thin films on silicon
University of Groningen（格罗宁根大学）
本研究通过在SrTiO3缓冲层上插入SrSn1-xTixO3层，在硅基上生长出单晶BaTiO3薄膜，实现了无压痕开关、低矫顽力、高剩极化和10^10次开关循环后无疲劳的性能，为硅基低功耗铁电器件制备奠定基础。
2025-10-15 cond-mat.mtrl-sci
Domain configurations in Co/Pd and L10-FePt nanowire arrays with perpendicular magnetic anisotropy
以PS-b-PDMS嵌段共聚物自组装膜为掩模，制备了周期为63 nm、线宽分别为38 nm和27 nm、膜厚分别为27 nm和20 nm的[Co/Pd]15和L10-FePt纳米线阵列。预测的线，以支持尼尔壁的Co/Pd和布洛赫壁的FePt。来自最近邻纳米线的静磁相互作用促进由相邻线中的交替上下磁化组成的基态配置。在交流退磁后，在~75%的Co/Pd线上观察到这种情况，但在FePt中不太普遍，因为相互作用场与切换场的比率小得多。相互作用也导致在相邻的Co/Pd纳米线的畴壁位置的相关性。反转过程的特征在于反向域的成核，随后在较高的字段由域沿纳米线的传播。这些窄线为探索垂直各向异性系统中的畴壁结构和动力学提供了模型系统。
2016-01-12 cond-mat.mtrl-sci
Switching field distribution of exchange coupled ferri-/ferromagnetic composite bit patterned media
我们研究交换耦合铁/铁磁双层岛阵列的开关场分布和由此产生的误码率的微磁学模拟。使用不同的微结构和各向异性特性的岛屿，本征开关场分布计算。偶极对开关场分布的贡献分别通过使用类似于$1.4\,\mathrm{Tb/in}^2$位图案化介质的三角形图案化岛阵列的模型获得。这两个贡献计算不同厚度的软交换耦合亚铁磁体，也为铁磁单相FePt岛。具有FeGd（$5\,\mathrm{nm}$）/FePt（$5\,\mathrm{nm}$）双层结构的位图案化介质示出了具有$1.16\,\mathrm{T}$的写入字段的$10^{-4}$的位错误率。
2016-09-02 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Enhanced voltage-controlled magnetic anisotropy via magneto-elasticity in FePt/MgO(001)
在压控磁各向异性（VCMA）的背景下，研究了磁电（ME）和磁弹性（MEL）之间的相互作用。应变不仅改变了晶格常数，而且还改变了异质结构中的内部电场。作为一个原型，FePt/MgO（001）访问，其中两个界面的行为是截然不同的：一个表现出切换，另一个没有。无论外部电场（$E_{ext}$）是否存在，我们发现VCMA系数大于1 pJ/V $\cdot$ m，作为响应于外部电场的$m=\pm1$和$\pm2$的$d$轨道重排的结果。此外，磁晶各向异性（MA）的分析与应变，其中的非线性特征，只负责调用二阶MEL。
2020-01-06 cond-mat.mtrl-sci
Magnetic field driven enhanced ferroelectric switching in self-grown ferroelectric-ferromagnetic composite in the BiFeO3-BaTiO3 multiferroic alloy system
多年来，人们试图弥补多铁性BiFeO 3体相态的固有弱点，如高漏电流和铁磁相关性的缺乏，并通过与其他钙钛矿形成固溶体来利用其磁电势。近几年的研究表明，BiFeO_3与BaTiO_3的合金化，无论有无添加剂，都可以诱导铁电和铁磁开关。虽然从技术应用的角度来看，这两种铁性序的共存是令人鼓舞的，但该系统中铁磁性的起源仍然难以捉摸。在这里，我们合成了这样的组合物，并进行了详细的结构分析，采用磁性分离的粉末颗粒。我们发现，铁磁性的起源在于自发沉淀的一个小的（~ 1wt%）钡六角铁氧体（BaFe 9 O 19）相，通常未检测到在常规的X射线衍射研究从整个标本的粉末取样。我们还表明，尽管微不足道的分数的亚铁磁相，这种自生长的复合材料表现出显着增强的铁电开关在外部磁场的存在下。我们得到了一个直流磁电耦合~ 9 × 10-8 s/m，这是一个值，这是已报道的层状铁电/铁磁层压板和双层薄膜铁电-铁磁hetrostructures。我们的研究表明，合理的大磁电耦合是可实现的，在简单的0-3铁电-铁磁块状复合材料提供的合成策略的开发，诱导自发沉淀的铁磁相在小体积分数，以确保良好的绝缘行为的复合材料，从而开发。
2017-09-18 cond-mat.mtrl-sci
Giant sharp magnetoelectric switching in multiferroic epitaxial La_{0.67}Sr_{0.33}MnO_3 on BaTiO_3
磁电耦合允许磁序参量被电寻址或反之亦然，并且可以在数据存储、场传感器和致动器中找到用途。单相材料如二氧化铬、硼酸盐和锰氧化物的耦合常数通常低至10^{-12} - 10^{-9} s/m，例如因为极化和磁化小。具有应变介导耦合的两相多铁性材料，如层压材料、复合材料和外延纳米结构，更有前途，因为每个相可以独立地优化。所得到的磁电开关可以更大，例如10^{-8} s/m，但它不是尖锐的，因为干净的耦合被微结构的复杂性和伴随的应变场排除。在这里，我们报告了一个巨大的尖锐的磁电效应在一个单一的外延界面之间的40 nm的铁磁应力敏感La_{0.67} Sr_{0.33} MnO_3薄膜，和0.5 mm的BaTiO_3衬底，是铁电，压电和铁弹。通过在整个结构上施加一个小电场（4-10 kV/cm），我们获得了在200 K附近BaTiO_3结构相变附近高达65%的薄膜磁化强度的持续变化。这代表了一个巨大的磁电耦合（2.3*10-7 s/m），由于铁弹非180度域的存在，我们确认使用X射线衍射的应变场。这种耦合在包括室温在内的广泛温度范围内持续存在，因此可以激发一系列传感器和存储器应用。
2006-09-28 cond-mat.mtrl-sci
Electric-Field-Dependent Thermal Conductivity in Fresh and Aged Bulk Single Crystalline $\mathrm{BaTiO_3}$
University of California, Santa Barbara（加州大学圣塔芭芭拉分校）；The Pennsylvania State University（宾夕法尼亚州立大学）；Arkema Inc.（阿科玛公司）
本研究针对块体单晶铁电材料电热调控研究不足的问题，以新鲜和老化块状单晶BaTiO₃为对象，结合实验与第一性原理计算，揭示畴演化、老化及缺陷-畴相互作用对热导率的调控机制，为铁电热开关设计提供新依据。
2025-11-18 cond-mat.mtrl-sci
Vortex Dynamics-Mediated Low-Field Magnetization Switching in an Exchange-Coupled System
磁涡旋是软磁纳米盘中拓扑稳定的磁性结构，因此引起了人们的广泛关注。人们对孤立系中磁涡旋的性质进行了大量的研究。在这里，我们展示了一个新的方面的磁涡旋的动力学强烈影响的磁结构的环境。我们利用一个纳米点的交换耦合双层与软磁Ni 81 Fe 19（坡莫合金; Py）具有磁涡旋和垂直磁化的L10-FePt表现出大的开关场（HSW）。在低磁场条件下，自旋波的涡旋动力学使得Py中的过剩能量积累，从而触发L10-FePt的反畴形核。我们的研究结果揭示了反畴成核的非局域机制，并提供了一个有效的HSW减少，是超低功率自旋电子器件所需的路线。
2016-01-21 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Beyond a phenomenological description of magnetostriction
我们使用超快X射线和电子衍射解开颗粒FePt的自旋-晶格耦合在时域。单晶FePt纳米颗粒的降维导致磁序的强耦合和高度各向异性的三维晶格运动，其特征在于a-和b-轴膨胀和c-轴收缩。由此产生的FePt晶格四方性的增加，决定相反的FePt磁化方向之间的能量势垒的关键量，持续数十皮秒。这些结果表明，一种新的方法，激光辅助磁开关在未来的数据存储应用。
2017-11-06 cond-mat.mtrl-sci
Hybrid MBE Route to Adsorption-Controlled Growth of BaTiO3 Membranes with Robust Polarization Switching
本文利用混合 MBE 在二元氧化物牺牲层上吸附控制生长外延 BaTiO3，并通过水滴剥离获得毫米级独立铁电薄膜，验证了其高介电常数与稳健极化翻转。
2025-10-04 cond-mat.mtrl-sci
Resonant Magnetization Switching Conditions of an Exchange-coupled Bilayer under Spin Wave Excitation
我们系统地研究了L10-FePt /Ni 81 Fe 19（坡莫合金; Py）交换耦合双层膜在脉冲射频场（hrf）作用下的自旋波辅助磁化翻转（SWAS），并在磁场（H）- hrf频率（f）平面上绘制了翻转事件图，揭示了翻转条件。开关只发生在有限的区域以下的垂直自旋驻波（PSSW）模式的色散关系在Py。结果表明，SWAS是一种不同于传统微波辅助开关的共振磁化开关过程，有望应用于多级记录介质的选择性开关。
2016-10-19 cond-mat.mtrl-sci
Route to Achieving Giant Magnetoelectric Coupling in BaTiO$_3$/Sr$_2$CoO$_3$F Perovskite Heterostructures
磁性材料中的原子的极化诱导自旋切换为设计和开发先进的自旋电子器件，特别是其中磁状态可以由电场控制的存储器件打开了可能性。我们采用密度泛函理论计算来研究钙钛矿型锶钴氟氧化物Sr $_2$ CoO $_3$ F（SCOF）在混合钙钛矿异质结构中的磁性，其中SCOF夹在两个铁电BaTiO $_3$（BTO）层之间。计算结果表明，通过改变BTO的极化方向，可以控制中心Co原子的自旋状态，即通过改变BTO的铁电极化相对于SCOF的相对取向，使其从高自旋态转变为低自旋态，从而产生了一种意想不到的巨磁电耦合，即$α_s \approx 21 \times 10 ^{-10}$ Gcm $^2$ /V.
2018-10-06 cond-mat.mtrl-sci
Intertwined Swirling Polarization States in BaTiO$_3$ with Embedded BaZrO$_3$ Nanoregions
Instituto de Física Rosario, UNR-CONICET（罗萨里奥物理研究所，UNR-CONICET）；Institute of Physics of the Czech Academy of Sciences（捷克科学院物理研究所）
研究揭示BaTiO₃中嵌入BaZrO₃纳米区域的交织旋涡极化态，发现其极化行为受尺寸和间距影响，形成不同相变区域和拓扑超晶格状态。
2026-03-10 cond-mat.mtrl-sci
Study of electronic and magnetic properties and related x-ray absorption spectroscopy of ultrathin Co films on BaTiO$_3$
利用第一性原理研究了BaTiO $_3$（001）单晶上Co薄膜的电磁性质。的晶体结构的1，2，和3单层厚的Co膜被确定，并作为输入计算的电子和磁性的薄膜。交换常数的估计表明，Co膜是铁磁性的，具有高的临界温度，这取决于膜的厚度和界面的几何形状。此外，我们计算了X射线吸收光谱，相关的磁圆二色性（XMCD）和线性二色性（XLD）的Co L $_{2,3}$边缘作为Co膜厚度和BaTiO $_3$的铁电极化的函数。我们发现的特征，这在很大程度上取决于磁性和薄膜的结构。虽然只有一个弱的依赖性的XMCD光谱的铁电极化，薄膜的XLD是更敏感的极化开关，这可能是实验观察到的。
2015-05-29 cond-mat.mtrl-sci
Laser-induced magnetization precession in individual magnetoelastic domains of a multiferroic CoFeB/BaTiO$_3$ composite
使用磁光泵浦探测技术与微米的空间分辨率，我们表明，磁化进动可以推出在单个磁畴中的Co $_{40}$ Fe $_{40}$ B $_{20}$（CoFeB）层通过弹性耦合到BaTiO $_{3}$衬底中的铁电畴。旋进参数与外磁场强度和取向的关系表明，通过激光诱导超快部分淬灭CoFeB的磁弹性耦合参数，$\approx$的27%和10%的超快退磁共同触发磁化旋进。激光诱导的磁弹性耦合的减少和退磁之间的关系是近似的$n(n+1)/2$ -法律与n $\approx$ 2。这种对应关系证实了激光诱导的各向异性变化的热起源。基于对激发的旋进的分析和建模，我们发现了激光诱导旋进开关的特征，当沿硬磁化轴施加磁场时，其值接近于有效磁弹性各向异性场。在一个单独的磁弹性域的进动激发过程被发现是不受相邻的域。这使得激光诱导的磁弹性各向异性的变化驱动磁化动力学和空间选择性的复合多铁性开关的一个很有前途的工具。
2020-10-21 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Reversible out-of-plane to in-plane magnetic transition by electrical and thermal cycling in Ni$_{90}$Fe$_{10}$/BaTiO$_3$(001)
本研究通过电学和热循环在Ni$_{90}$Fe$_{10}$/BaTiO$_3$异质结构中实现了磁各向异性从面外到面内的可逆切换，归因于磁弹效应，为可逆磁控制开辟了新途径。
2024-07-23 cond-mat.mtrl-sci
Long-range interaction effects on the phase transition, mechanical effect, and electric field response of BaTiO3 by machine learning potentials
the University of Tokyo（东京大学）
本文通过开发长程MACELES模型，研究长程相互作用对BaTiO3相变、机械响应和铁电性质的影响，发现长程相互作用能提升定量准确性但不影响铁电行为的定性描述。
2026-03-31 cond-mat.mtrl-sci
Polarization Controlled Ohmic to Schottky Transition at a Metal/Doped Ferroelectric Interface
铁电极性位移最近已被观察到在导电电子掺杂钛酸钡。铁电相和导电性的共存为新功能打开了大门，这可能为新型器件应用提供独特的途径。利用第一性原理方法和静电模型，研究了电子掺杂BaTiO 3（n-BaTiO 3）的可切换极化对SrRuO 3/n-BaTiO 3（001）界面电子性质的影响。铁电极化控制界面处电子电荷的积累或耗尽，并且n-BTO导带的相关弯曲决定了跨界面的传输机制。该接口具有肖特基隧道势垒的一个极化方向，而欧姆接触是存在的相反的极化方向，导致与极化反转的界面电阻的大的变化。计算揭示了一个大的（五个数量级）的变化，在界面电阻的极化切换的结果。
2013-10-14 cond-mat.mtrl-sci
Accessing Different Spin-Disordered States using First Order Reversal Curves
结合磁化强度（M-FORC）和磁电阻（MR-FORC）的一阶反转曲线（FORC）分析，对NiFe/Cu/FePt赝自旋阀（PSV）和[Co/Cu]8多层膜两个典型系统的M-MR关联进行了全面的研究。在PSV中，由于切换场的大差异和NiFe和FePt层之间的最小相互作用，M和MR在反转期间显示简单的一对一关系。在[Co/Cu]8多层膜中，磁化反转与MR演化之间的相关性更为复杂。这主要是由于组分Co层的类似切换场和组分Co层之间的相互作用。FORC协议访问的状态更高的自旋紊乱和更大的MR比那些发现沿常规的主回路场周期。与仅探测宏观磁化强度变化的M-FORC测量不同，MR-FORC对微观畴结构更敏感，因为这些在确定所得MR效应大小方面最重要。这种方法一般适用于自旋电子系统，以实现最大的自旋无序和最大的MR。
2014-09-02 cond-mat.mtrl-sci
Polarization rotation in a ferroelectric BaTiO$_3$ film through low-energy He-implantation
本研究提出低能He离子注入法，通过改变BaTiO$_3$薄膜顶部应变实现畴态转变，提升畴均匀性并获得对称开关特性，为集成器件及相关应用提供通用的畴工程方案。
2024-12-13 cond-mat.mtrl-sci
Accumulative magnetic switching of ultra-high-density recording media by circularly polarized light
通过磁场以外的外部能量（例如自旋极化电流1 -4、电压5，6和圆偏振光7 -11）来操纵磁化，给出了磁性纳米器件的范式转变。利用圆偏振光控制铁磁材料的磁化强度，不仅是研究光磁相互作用的基础，而且是未来高密度磁纪录技术的发展方向，因此受到越来越多的关注。在这里，我们表明，颗粒FePt薄膜，设计用于超高密度记录，光磁开关由圆偏振光是一个累积效应，从多个光脉冲。我们进一步表明，高各向异性材料的圆偏振光和适度的外部磁场的组合的确定性开关，从而揭示了技术实现的途径。
2016-04-12 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Switching a polar metal via strain gradients
尽管很少见，但反转对称性的自发击穿有时会发生在金属材料中：这些通常被称为极性金属或铁电金属。然而，它们的“极化”不能通过电场来切换，这限制了对带拓扑的实验控制。在这里，我们将调查，通过第一原理理论，挠曲电作为一种可能的方式，围绕这个障碍与众所周知的极性金属LiOsO $_3$。基于原子间力常数的实空间和，采用一种全新的方法，高精度地计算了这种金属的挠曲耦合系数。建立了Landau-Ginzburg-Devonshire型第一性原理哈密顿量，并估算了材料的临界弯曲半径，其数量级与BaTiO $_3$相当.
2020-07-23 cond-mat.mtrl-sci
Formation and manipulation of domain walls with 2-nm domain periodicity in $BaTiO_3$ without contact electrodes
在氧化物材料的二维极限界面表现出丰富的功能，显着不同于散装行为的跨度。在这些界面中，铁电体中的畴壁引起了特别的关注，因为它们可以随外部电压确定性地移动，而在电压去除后它们仍然保持在原位，为新型神经形态和低功耗数据处理技术铺平了道路。铁电畴的出现是为了释放应变，应变取决于材料的厚度，遵循Kittel标度定律。因此，主要的障碍是减小给定厚度的器件覆盖区，即，以形成和移动高密度畴壁。在这里，我们使用透射电子显微镜产生域壁的周期高达2纳米，而不使用接触电极，同时观察它们的形成和动态原位$BaTiO_3$。大面积覆盖的工程畴壁被证明。畴壁密度随着有效应力的增加而增加，直到达到反映150倍有效应力增强的饱和值。超过这个值导致应变释放域壁旋转。除了揭示这种多尺度应变释放机制，我们提供了一种器件设计，允许可控开关的域壁与2纳米的周期性，反映了潜在的$144-Tb/inch^2$神经形态网络。
2020-02-18 cond-mat.mes-hall 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
Microscopic insights on field induced switching and domain wall motion in orthorhombic ferroelectrics
本研究结合基于ab initio的分子动力学模拟与数据科学，探究了原型正交铁电材料BaTiO$_3$的微观切换机制，揭示了中等场强下由畴壁运动主导的切换与大场强下快速体相切换两种不同区间及其多步微观过程。
2023-10-18 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
High field properties of typical perovskite ferroelectrics by first-principles modeling
使用第一性原理计算，我们估计的影响，大的外加电场的结构，介电和铁电性能的典型铁电体。在大磁场下，结构参数发生显著变化，从而降低了不同结构相之间的应变。这种效应有利于铁电开关的极化旋转模型，其中电子极化在四方相、菱方相和斜方相的方向之间旋转。我们估计BaTiO 3和PbTiO 3的体铁电单畴在零温下的矫顽场E_c分别为~31 MV/m和~52 MV/m。BaTiO 3的介电常数和可调谐性在大电场下受影响最小，这使得这种材料在电子和储能领域的应用具有吸引力。
2016-05-24 cond-mat.mtrl-sci
Photoinduced strain and polarization switching in barium titanate in the far-infrared spectral range
Radboud University（拉德堡德大学）；Radboud University, Institute for Molecules and Materials（拉德堡德大学分子与材料研究所）
研究远红外激发下钡钛酸盐的应变和极化切换行为，发现其主要由光学吸收主导，而非长声子或介电接近零条件。
2026-03-27 cond-mat.mtrl-sci
Unconventional crystal field splitting in non-centrosymmetric BaTiO$_3$ thin films
理解非中心对称系统如铁电材料中的晶场分裂和轨道极化是非常重要的。本研究以BaTiO $_3$（BTO）为代表材料，利用Ti $L_{2,3}$边的共振X射线线性二向色性，研究了非中心对称TiO $_3$八面体中钛晶体的场分裂和轨道极化。采用脉冲激光沉积法在DyScO $_3$（110）单晶衬底上逐层沉积了高质量的BaTiO $_3$薄膜。利用反射高能电子衍射（RHEED）和元素特异性X射线吸收谱（XAS）对薄膜的结构和电子性质进行了表征。与传统的晶场分裂和轨道构型形成鲜明对比（$d_{xz}$ / $d_{yz}$ $<$ $d_{xy}$ $<$ $d_{3z^2-r^2}$ $<$ $d_{x^2-y^2}$或$d_{xy}$ $<$ $d_{xz}$ / $d_{yz}$ $<$ $d_{x^2-y^2}$ $<$ $d_{3z^2-r^2}$）根据扬-特勒效应，揭示了$d_{xz}$，$d_{yz}$，并且$d_{xy}$轨道接近简并，而$d_{3z^2-r^2}$和$d_{x^2-y^2}$轨道在外延BTO膜中以100 meV的能隙$\sim$分裂。在非中心对称的TiO $_6$八面体薄膜中，未预料到的简并态$d_{xz}$/$d_{yz}$ / $d_{xy}$与Ti-O位移耦合.我们的研究结果提供了一条通过改变铁电材料中的电极化来控制轨道自由度的途径。
2019-08-20 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Ultrafast decoupling of polarization and strain in ferroelectric BaTiO$_3$
本研究通过激光激发铁电BaTiO$_3$，发现极化与应变在350飞秒内超快解耦，极化由光激发电子主导，为太赫兹光实现可逆极化切换和多铁性光控提供新途径。
2025-03-25 cond-mat.mtrl-sci
Indirect but Efficient: Laser-Excited Electrons Can Drive Ultrafast Polarization Switching in Ferroelectric Materials
为了提高下一代铁电电子器件的效率，需要新的控制铁电极化开关的技术。虽然大多数先前的研究试图通过激发声子来诱导偏振切换，但这些实验技术需要复杂且昂贵的太赫兹源，并且尚未完全成功。在这里，我们提出了一种新的机制，通过激光调谐的基础动态势能面快速，有效地切换FE偏振。使用含时密度泛函计算，我们观察到超快开关的FE极化BaTiO 3在200 fs内。激光脉冲可以引起电荷密度重新分布，从而降低原始FE电荷顺序。这种激励导致理想的和高度定向的离子力，总是相反的原始FE位移。我们的新机制使FE偏振与光脉冲，可以从现有的800 nm实验激光源产生的可逆切换。
2019-06-07 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Enhanced energy storage density by reversible domain switching in acceptor doped ferroelectrics
典型铁电体具有较大的自发极化强度Ps，但同时也具有较大的剩余极化强度Pr，这导致铁电体的储能密度较低，因此需要一种既能降低Pr又能保持Ps的机制来提高铁电体的储能性能。从而产生收缩的双磁滞回线。具有大Ps和小Pr的箍缩环因此导致增强的能量存储密度。背后的物理是一个缺陷引起的内部领域，提供了一个回复力的域切换back.The想法是通过一个时间相关的Ginzburg-Landau模拟以及BaTiO $_3$为基础的单晶和陶瓷的实验测量证明。该机理具有普遍性，适用于各种铁电体，特别是环境友好型铁电体。
2020-08-12 cond-mat.mtrl-sci
Strain-Induced Polarization Enhancement in BaTiO$_3$ Core-Shell Nanoparticles
本研究采用Landau-Ginzburg-Devonshire方法，揭示非线性电致伸缩耦合与核壳界面弹性失配是BaTiO3核壳纳米颗粒极化增强的关键，为相关应用提供理论支撑。
2023-08-27 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Domain Wall Acceleration by Ultrafast Field Application: An Ab Initio-Based Molecular Dynamics Study
优化铁电体的当代高频应用要求铁电开关和畴壁（DW）运动在超快场脉冲的基本理解，而后者的微观理解是迄今为止不完整的。为了弥补这方面的知识差距，从头算为基础的分子动力学模拟被用来分析动力学的180$^ \grad #DW的原型铁电材料钛酸钡3。讨论了超快场如何激发系统中的偶极子，以及它们如何通过瞬态负电容弛豫到稳态。令人兴奋的是，DW速度的一个巨大的提升与局部偶极子作为壁运动的成核中心的非平衡开关有关，这种提升可以允许通过施加场脉冲的形状来调整局部铁电开关速率。
2022-04-20 cond-mat.mtrl-sci
Influence of elastically pinned magnetic domain walls on magnetization reversal in multiferroic heterostructures
在展现铁电与铁磁子系统之间的全畴相关性的弹性耦合多铁性异质结构中，磁畴壁牢固地钉扎在铁电畴边界的顶部上。在这项工作中，我们研究的影响钉扎磁畴墙的磁化反转过程中的Co40Fe40B20楔膜耦合到铁电BaTiO 3衬底通过界面应变转移。我们表明，磁场方向可以用来选择两种不同的磁化反转机制，即（1）双切换事件涉及交替条纹域在同一时间或（2）同步切换的所有域。此外，还发现开关场随畴宽和膜厚的变化依赖于场的取向。这些结果被解释为考虑不同的能量的两种类型的钉扎磁畴壁中形成的系统。
2015-03-11 cond-mat.mtrl-sci
Switching on superferromagnetism
磁场的电场控制的最新成果为设计具有增强功能和低功耗的替代磁性和自旋电子器件铺平了道路。在所报道的磁电效应的多样性中，在接近室温的温度下打开和关闭长程铁磁有序的可能性脱颖而出。它的二进制特性为它在磁电数据存储器件中的应用开辟了道路。在这里，我们展示了在铁电和铁弹性钛酸钡衬底上沉积的楔形多晶Fe薄膜中局部开关超铁磁性的可能性。一个超顺磁超铁磁过渡观察到的限制区域，施加到铁电基板的电压引起相当大的应变。我们认为，电场诱导的磁各向异性的变化导致的临界温度分离的两个制度，使超顺磁性区域发展集体长程超铁磁行为的增加。
2019-02-12 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
