铁电纳米线阵列的畴形态、电卡响应和负电容态

我们分析了均匀取向、径向对称的铁电纳米线一维阵列中的畴形态、电卡响应和负电容态，这些纳米线的自发极化垂直于其对称轴。纳米线紧密排列在平板电极之间。使用基于Landau-Ginzburg-Devonshire方法、静电学和弹性理论的有限元建模，我们计算了纳米线中自发极化、畴结构、电势、电场、介电常数和电卡响应的分布。由于尺寸和退极化效应，纳米线的顺电态和铁电态（多畴或单畴）可以稳定存在，具体取决于其半径和周围介质的介电常数。研究表明，当纳米线半径远小于孤立纳米线顺电转变的临界尺寸时，纳米线之间的偶极-偶极相互作用决定了阵列中极性（或反极性）态的稳定性。我们揭示了一个大的混合态区域可以稳定存在，其特征是每个纳米线内部具有非零平均极化的多畴铁电态，而整个阵列的平均极化为零。通过选择周围介质的介电常数和纳米线半径，可以最大化具有密集排列纳米线的电容器中的负电容效应。由于纳米线中的尺寸效应，还可以实现电卡响应的最大增强。所预测增强的物理基础是尺寸效应与铁电偶极子与电极中镜像电荷之间的长程静电相互作用的联合作用。