通过应用电场下的分子动力学研究 ScAlN 铁电相切换中的结构与键合效应的解耦
材料科学
2026-03-17 v1
摘要
Sc_xAl_{1-x}N 已成为一种有前景的六方纤维型铁电材料，其中增加 Sc 成分可降低诱导场 (E_c) 和剩余极化 (P_r)。这种组成相关行为可归因于两个同时发生的变化：内部结构参数 u 的增加（结构效应）和键合强度的减弱（键合效应）。由于这些因素在实验中高度耦合，其对铁电相切换的 individual 贡献尚不明确。本研究利用基于机器学习势能函数的分子动力学（MD）模拟在施加电场下系统地解耦了这些效应。通过在固定组成下人工调节 u（通过平面应变），我们证明 P_r 仅由结构效应决定，表现出与组成无关的普遍线性依赖。在 contrastively，E_c 偏离了这种结构趋势，暗示存在额外的组成贡献。为隔离后者，我们评估了 u 相同但 Sc 组成不同的配置；P_r 保持不变，而 E_c 由于键合减弱而系统性降低。此外，静态 nudged elastic band (NEB) 计算表明，静态切换势垒仅取决于 u，未能显式捕捉键合效应对 E_c 的影响。这些结果表明，尽管 P_r 严格由结构效应决定，E_c 由结构效应和键合效应的叠加所决定。我们的发现突显了在可调组成材料中理解铁电相切换对动态 MD 模拟的必要性。
引用
@article{arxiv.2603.14747,
title = {Decoupling structural and bonding effects on ferroelectric switching in ScAlN via molecular dynamics under an applied electric field},
author = {Ryotaro Sahashi and Po-Yen Chen and Teruyasu Mizoguchi},
journal= {arXiv preprint arXiv:2603.14747},
year = {2026}
}
备注
14 pages (main: 11pages, SI 3pages). 5 Figures, 4 Supporting Figures