解码铁电正交HfO₂的复杂性：统一模式展开方法

$\mathrm{HfO}_2$薄膜中的铁电性被广泛归因于一种称为OIII相的正交极性相的形成。然而，OIII相源自其低对称性的复杂性成为研究$\mathrm{HfO}_2$铁电性质的障碍。在此，我们开发了一种基于声子模式展开的统一框架用于研究铁电$\mathrm{HfO}_2$。在该框架中，正交晶体系统的相结构、畴壁和切换路径可以从同一模式分析基础进行研究。OIII相和其他正交相可以通过立方声子模式的激发由高对称性立方相表示，正交相的复杂性被忠实地编码在其中。为展示该模式展开方法的能力，我们从模式能量泛函阐明了正交稳定性的起源；列举了不等价畴壁并计算了其稳定条件；总结了所有可能的切换机制。该统一框架可用于简化畴壁结构和转变路径的研究。此外，它可以从声子模式分析的角度为$\mathrm{HfO}_2$中的铁电性提供新的视角。