通过铁电畴壁中的氧空位工程建立准线性四极子功能拓扑
材料科学
2021-04-22 v1
摘要
二维金属氧化物结构中的氧空位因其诱导的独特导电、磁性乃至超导功能而备受关注。铁电畴壁是近期一个突出例子，因其作为拓扑缺陷的枢纽，可实现非寻常对称性，并与低能耗开关技术相关。然而，由于氧原子质量轻且其空位效应局域化，氧空位的原子尺度电学与力学影响一直难以捉摸。本文中，在典型钛酸盐钙钛矿铁电体的畴壁上发现并原位构建了稳定单个氧空位。通过结合先进透射电子显微镜与第一性原理方法，表征了这些空位周围的原子尺度应变、电场、电荷与偶极矩分布。在空位紧邻晶胞观察到3-5%拉伸应变。空位周围偶极矩分布为交替的头对头—尾对尾—头对头结构，从而产生准线性四极子拓扑。邻近Ti离子的还原以及空位附近增强的带电与电场集中证实了四极子结构，并阐明其对电学与结构性质的局域效应。在空位晶胞中发现显著带内态，提出了有意义的畴壁导电性。氧空位工程与可控四极子能够预先确定原子尺度与全局功能性质，为金属氧化物中的机电拓扑孤子与器件微型化提供了有前景的平台。
引用
@article{arxiv.2104.10445,
title = {Establishing quasi-linear quadrupole functional topology by oxygen-vacancy engineering at a ferroelectric domain wall},
author = {Hemaprabha Elangovan and Maya Barzilay and Jiawei Huang and Shi Liu and Shai Cohen and Yachin Ivry},
journal= {arXiv preprint arXiv:2104.10445},
year = {2021}
}