通过薄膜铁电体中界面屏蔽调控极化滞回温度行为

铁电界面是用于极化表面性质基础研究（如自由载流子对自发极化的多样屏蔽机制以及与周围介质可能的离子交换）的独特模型对象。关于电学开路（即无电极）铁电表面离子吸附对铁电极化反转影响的实验与理论研究已有开展，但其对极化滞回温度行为的影响仍未被探索。此外，针对线性与非线性电子屏蔽以及强非线性离子屏蔽对自发极化作用的铁电滞回比较理论分析尚属空白。本工作中，我们研究了由不同性质屏蔽电荷层及隔离薄膜表面与顶电极的超薄间隙覆盖的薄铁电膜的自由能形貌，并计算了该系统在不同温度下的极化与屏蔽电荷滞回回线。屏蔽电荷密度对电势的依赖考虑了三种基本模型：描述电子表面态的线性Bardeen型模型（BS）、描述膜-间隙界面处二维电子气的非线性Fermi-Dirac（FD）态密度，以及描述由Langmuir吸附等温线表征的吸附离子表面电荷密度的强非线性Stephenson-Highland（SH）模型。研究表明，性质根本不同的BS、FD和SH屏蔽电荷决定了自由能形貌（包括不同外加电压下对应自由能极小值的极化值），并控制了不同温度下极化滞回回线的形状。