HfxZr1-xO2 纳米粒子巨型介电响应
材料科学
2025-12-01 v2 介观与纳米尺度物理
摘要
我们揭示了小型（5-10 nm）氧化缺失 HfxZr1-xO2 纳米粒子（x = 1-0.4）通过固态有机硝酸盐合成法制备的巨型介电响应。压实 HfxZr1-xO2 纳米粉末的有效介电介电常数在 38-88°C 处呈现显著最大值，可拟合为修正的 Curie-Weiss 类型依赖，用于拟合扩散型铁电-介电相转变。介电常数最大值随 x 从 1（介电常数为 1.5×10^3）增大至 0.4（介电常数为 1.5×10^5）于低频（~4 Hz）处；而在高频（~500 kHz）处，介电常数较小，分别从 7 和 20 变化。介电常数最大值的频率色散位置几乎不存在，而最大值的形状和宽度随频率增加以复杂方式变化。介电常数和电阻率的温度依赖性几乎是互为镜像翻转的，这意味着它们的所有特征（如最大值位置和形状、平台、最小值和拐点）在温度轴上的镜像翻转后几乎一致。这些电阻率和介电常数的相关性可通过应用于半导体铁电材料中的 Heywang 障壁模型和可变范围跳跃导电模型进行描述。小型氧化缺失 HfxZr1-xO2 纳米粒子的铁电类行为可从 Landau-Ginzburg-Devonshire 方法和密度泛函理论计算中预期。获得的结果可能用于开发基于 HfxZr1-xO2 纳米粒子的矿石兼容功能性纳米材料。
引用
@article{arxiv.2508.04697,
title = {Colossal dielectric response of HfxZr1-xO2 nanoparticles},
author = {Oleksandr S. Pylypchuk and Victor V. Vainberg and Vladimir N. Poroshin and Oksana V. Leshchenko and Victor N. Pavlikov and Irina V. Kondakova and Serhii E. Ivanchenko and Lesya P. Yurchenko and Lesya Demchenko and Anna O. Diachenko and Myroslav V. Karpets and Eugene A. Eliseev and Anna N. Morozovska},
journal= {arXiv preprint arXiv:2508.04697},
year = {2025}
}
备注
53 pages, including 10 figures and Supporting Information, Accepted to Physical Review Materials