铁电隧道结中的多畴动力学
应用物理
2022-02-11 v1
摘要
铁电隧道结（FTJ）中巨隧道电阻效应的发现，为利用 FTJ 作为具有极高开/关比的双稳态电阻器件开辟了未来的可能性。在过去 20 年中，大量研究表明，铁电材料中多畴的形成是使系统总能量最小化的必然过程。最近基于相场模拟的研究表明，畴的成核/运动显著改变了铁电材料的静电特性。然而，畴动力学对 FTJ 中量子输运的影响仍不明确。本文对铁电隧道结中的多畴动力学进行了全面研究。本文的分析分为两部分：首先，我们研究了畴动力学对 FTJ 中静电特性的影响。随后，利用获得的静电特性，研究由多畴动力学引起的隧穿电流和 TER 的变化。我们表明，开/关电流密度和 TER 在铁电区域内局部变化。此外，由于周期性的畴结构，器件的静电特性和量子输运表现出振荡性质。开/关电流密度在铁电体中呈现正弦/余弦分布，并且观察到电流密度大约有一个数量级的局部变化。这些电流密度的局部波动导致器件开/关比的振荡。本文还讨论了实现均匀且最大 TER 的优化技术。通过求解耦合的二维泊松方程和朗道-金兹堡方程，推导出一个二维解析显式模型。该模型通过最小化净铁电能量（去极化+自由+梯度能量密度）来纳入畴的切换和成核。此外，还研究了底部绝缘层对铁电体梯度能量的影响。
引用
@article{arxiv.2202.04926,
title = {Dynamics of Multi-Domains in Ferroelectric Tunnel Junction},
author = {Nilesh Pandey and Yogesh Singh Chauhan},
journal= {arXiv preprint arXiv:2202.04926},
year = {2022}
}