萤石型铁电体中阳离子依赖的极化翻转动力学的直接观察
材料科学
2025-09-22 v1
摘要
萤石型铁电体是下一代非易失性存储器件的极具前景的候选者，因为其独特的铁电机制源于非传统的氧位移，使得在最小厚度限制下仍能保持铁电性。然而，由于对原子尺度动力学的理解有限，而这些动力学极具挑战性且难以探测和测量，极化翻转机制仍存在激烈争议。在此，我们利用先进的原子柱成像技术——最佳明场扫描透射电子显微镜，通过可视化 ZrO2 和 Hf0.5Zr0.5O2 自支撑膜中的氧位点动力学，直接观察了极化翻转路径。我们观察到 180 度和 90 度极化路径涉及具有不同空间尺度的不同非极性中间态。结合密度泛函理论，我们还揭示了萤石型氧化物中不同的阳离子物种如何影响可及的极化翻转路径。我们对极化翻转动力学的原子级洞察为萤石型铁电材料及相关存储器件的高级工程开辟了新途径。
引用
@article{arxiv.2509.15682,
title = {Direct observation of cation-dependent polarisation switching dynamics in fluorite ferroelectrics},
author = {Kousuke Ooe and Yufan Shen and Kazuki Shitara and Shunsuke Kobayashi and Yuichi Shimakawa and Daisuke Kan and Joanne Etheridge},
journal= {arXiv preprint arXiv:2509.15682},
year = {2025}
}