具有离子表面补偿的超薄铁电薄膜中极化的平衡与稳定性
材料科学
2015-05-20 v3
摘要
针对与提供离子种类以补偿其表面的化学环境处于平衡状态的超薄薄膜的铁电相变，本文发展了其热力学理论。基于 Landau-Ginzburg-Devonshire 理论，利用电化学平衡提供离子补偿边界条件，推导了状态方程和自由能表达式。本文对单畴 PbTiO (001) 薄膜进行了计算，该薄膜与 SrTiO 共格应变，其暴露表面和电子导电底电极与受控氧分压处于平衡状态。不同极化相的稳定性和亚稳性边界被确定为温度、氧分压和薄膜厚度的函数。展示了极化和内电场的相图。在低于厚度依赖的居里点的温度下，高或低氧分压分别稳定正或负极化。将结果与由外加电压或两电极间电荷控制的电子补偿的标准情况进行了比较。通过与环境的化学平衡进行的离子表面补偿为相图引入了新特征。在超薄薄膜中，当在固定温度下改变外部化学势时，如果带电表面物种的浓度不足以稳定极性相，则正负极性相之间可能出现稳定的非极性相。
引用
@article{arxiv.1101.0298,
title = {Equilibrium and Stability of Polarization in Ultrathin Ferroelectric Films with Ionic Surface Compensation},
author = {G. Brian Stephenson and Matthew J. Highland},
journal= {arXiv preprint arXiv:1101.0298},
year = {2015}
}
备注
53 pages, 24 figures