Hf$_x$Zr$_{1-x}$O$_2$纳米粒子中的铁电离子态与域形貌

纳米尺度空洛nia-锆氧化物（Hf$_x$Zr$_{1-x}$O$_2$）具有独特的极性特性，这些特性在凝聚态物理学、纳米物理学和高级应用中备受关注。这些特性与空洛nia表面的界面和/或内部晶粒边界处的离子-电子及电化学现象相关。在本工作中，我们计算了相图、介电常数、自发极化和反极化有序性，以及Hf$_x$Zr$_{1-x}$O$_2$纳米粒子中由表面电化学吸附引起的离子-电子电荷覆盖的域结构形貌。我们发现，铁电-离子耦合支持纳米尺度Hf$_x$Zr$_{1-x}$O$_2$中的长程极化有序性，诱导和/或扩大 labyrinthine 域的稳定性区域，使得其向更小尺寸和更小环境介电常数的条件下更为稳定，同时在表面离子浓度较大时导致向单域铁电-离子态的转变。我们预测，作为多重退化的labyrinthine域状态，可能显著影响纳米晶/纳米晶体Hf$_x$Zr$_{1-x}$O$_2$薄膜中负介电常率状态的出现。