近邻介导铝电性理论
材料科学
2025-07-09 v3 介观与纳米尺度物理
摘要
近邻铝电性最近被报道为诱导铝电性的一种新型设计范式,其中非铝电性极性材料通过与薄铝电性层接触而成为铝电性。强极性材料如 AlN 和 ZnO 以往在其介电击穿场以下无法被外部场切换,但在与可切换铝电性层紧密接触时,可被实际 coercive field 切换。本文发展了近邻铝电性的普遍 Landau-Ginzburg 理论,用于分析非铝电性和铝电性层间结构的可切换性和 coercive field。该理论预测了两种情形:一种是 "近邻开关" 即整体层间结构可切换,另一种是 "近邻抑制" 即整体层间结构不可切换。近邻铝电性机制是由层间极化及其相对厚度决定的内部电场,以自洽方式 renormalizes 双井铝电性势能,从而降低开关势垒的陡峭度。进一步的 coercive field 降低源于 bulk 中的带电缺陷,其作为核化中心。本文将理论应用于 Alx-1ScxN/AlN 和 Zn1-xMgxO/ZnO 双层结构的近邻铝电性。该理论进一步预测,介电/铝电性和 paraelectric/铝电性层的双层结构可能在介电或 paraelectric 层中诱导铝电性,从而实现整个堆叠的开关,这为新的发现开辟了广阔的道路。这种 "解冻" 受限的 "冻结铝电性"、paraelectric 以及潜在的介电材料,为一大类新的铝电性材料打开了大门,其对先前不可实现的域图案化光电子器件和存储技术具有激动人心的前景。
引用
@article{arxiv.2501.05219,
title = {A Thermodynamic Theory of Proximity Ferroelectricity},
author = {Eugene A. Eliseev and Anna N. Morozovska and Jon-Paul Maria and Long-Qing Chen and Venkatraman Gopalan},
journal= {arXiv preprint arXiv:2501.05219},
year = {2025}
}
备注
43 pages including 7 figures and 4 Appendices. Accepted to Physical Review X