铁电 AlScN 瞬态开关状态的原子结构
材料科学
2025-08-26 v1
摘要
我们通过整合先进的薄膜制造技术、铁电开关动力学表征、高分辨率扫描透射电子显微镜（STEM）和由深度神经网络基于的原子间势能所驱动的大规模分子动力学模拟，解析了 wurtzite 型铁电 AlScN 中极化态开关的微观机制。与早期提出瞬态非极化中间相的解释不同，我们证明了此前在 STEM 图像中观察到的宽广过渡区域是由 180° 域壁本征三维曲折形态的投影伪影所致，而这是一种由反演域边界特征形成的特征。通过对 strategically prepared、部分开关的 AlScN 薄膜进行 STEM 成像进一步确认了这一点。我们的模拟结果表明，开关过程是通过原子列逐列位移的集体方式进行的，直观解释了曲折形态域壁的出现，并与实验开关动力学测量中观察到的 nucleation-limited 开关行为相一致。此外，我们表明，提高 Sc 含量系统性地降低了域壁能及其相关核化势垒，从而降低了开关场，与实验趋势一致。这些发现建立了局部域壁结构、开关动力学与宏观铁电行为之间的直接联系。
引用
@article{arxiv.2508.18241,
title = {Atomistic Structure of Transient Switching States in Ferroelectric AlScN},
author = {Jiawei Huang and Jinyang Li and Xinyue Guo and Tongqi Wen and David J. Srolovitz and Zhen Chen and Zuhuang Chen and Shi Liu},
journal= {arXiv preprint arXiv:2508.18241},
year = {2025}
}