纤锌矿结构晶体中自发极化方向的澄清
材料科学
2025-05-07 v1
摘要
纤锌矿结构是现代半导体中最常见的晶体结构之一，其固有的自发极化是一个决定性的材料属性。尽管意义重大，但文献中关于纤锌矿结构单胞内自发极化的取向一直存在普遍的混淆，特别是对于技术上非常重要的 III-N 化合物（AlN、GaN、InN）。具体而言，对于相同的单胞取向，根据文献来源的不同，自发极化被报道为要么向上，要么向下——这对涉及纤锌矿结构材料的异质结界面处预期的载流子类型和密度等具有重要影响。本文旨在通过回顾关于存在外电场时能量上有利的极化方向的现有报告，以及原子级分辨率的扫描透射电子显微镜图像，来解决这一歧义。虽然我们以铁电纤锌矿 AlScN 作为关键示例，但我们的结论可推广到具有相同晶体结构的其他化合物。我们证明，金属极性单胞必须与向上的极化矢量相关联——这与长期以来的传统认知相反。
引用
@article{arxiv.2505.03515,
title = {Clarification of the Spontaneous Polarization Direction in Crystals with Wurtzite Structure},
author = {Simon Fichtner and Mohamed Yassine and Chris van de Walle and Oliver Ambacher},
journal= {arXiv preprint arXiv:2505.03515},
year = {2025}
}