掺杂诱导的氟化物氧体的多形相转变
材料科学
2025-06-24 v1 统计力学
摘要
氟化物氧体如 HfO 表现出丰富且可调的相行为，作为下一代电子器件的优越候选材料。一个关键挑战在于设计具备结构和性能稳定性的无定形 HfO 高介电常数材料。本文利用支持实验测量的分子动力学模拟，揭示了 Ba 掺杂可刺激 HfO 的多形相转变，产生一种半有序无定形 (SA) 相，其特征为嵌入有序金属子晶格中的无序氧原子。我们发现，该相源于退化的短程对称性破缺模式，符合 Pauling 的简约规则。值得注意的是，SA 结构在热力学上是稳定的，其带隙更宽、介电常数更高于常规的随机 packing 无定形结构，这是由于抑制亚带隙态和增加 Born 有效电荷所致。我们进一步证明，这种结构 motif 可推广至 Ba、Sr、Ca 掺杂的 HfO 和 ZrO，建立了一种广泛适用的高性能无定形介电材料设计策略。
引用
@article{arxiv.2506.18333,
title = {Doping-induced Polyamorphic Transitions in Fluorite Oxides},
author = {Hao Yang and Qiaotong Luan and Qing Zhang and Yuhao Yue and Yawen Xu and Xiaohui Liu and Zheng Wen and Zhaoru Sun},
journal= {arXiv preprint arXiv:2506.18333},
year = {2025}
}
备注
4 figures