无谐热力学重塑铁电 HfO2 的 metastability 与 parent 相
材料科学
2026-04-21 v1
摘要
铱氧化物(HfO2)是一种与硅兼容的介电材料，但稳定其所需的但 metastable 的铁电相仍具有挑战性。密度泛函理论(DFT)的相稳定性预测已提供了关键指导，但大多数模拟忽略或仅以准谐和近似处理温度效应，由于 DFT 的高计算成本。本文，我们开发了机器学习势能场，并使用自一致声子理论对 HfO2 进行热力学计算，以此来应对日益增长的无谐性证据。我们的结果表明，铁电正交相 oIII 在大多数模拟条件下(温度范围 600 K <= T <= 1500 K，压力范围 0 <= p <= 7.5 GPa)下的 metastability 小于 0.1kBT，这与之前在基准压力下温度超过 1500 K 时的谐和 metastability 预测相矛盾。我们进一步报告了温度和压力依赖的铁电 parent 相的证据，尽管试图识别一种通用的 parent 相。该研究凸显了无谐性的重要性，并为 HfO2 基铁电体的设计提供了有效的方法。
引用
@article{arxiv.2601.16420,
title = {Anharmonic thermodynamics redefines metastability and parent phases in ferroelectric HfO2},
author = {Yiheng Shen and Chang Liu and Wei Xie and Wei Ren},
journal= {arXiv preprint arXiv:2601.16420},
year = {2026}
}