超薄膜电容器中的铁电性

将尺度缩小至超薄膜极限为新一代器件（如铁电隧道结或电阻式存储器）带来了希望。然而，这些尺度也使得器件对与微型化相关的寄生效应更加敏感，因此深入理解尺寸减小时发生的现象对于此类器件的未来发展具有实际意义。随着材料制备与表征实验进展与铁电体理论建模的巨大进步相结合，理论学家和实验学家终于能够探测相同的长度和时间尺度。这使得理论与实验之间能够实现实时反馈，新的发现如今在实验室和计算机上均常规性地涌现。本章将重点介绍基于密度泛函理论（density functional theory）建模的最新进展及其在我们理解超薄铁电体中所发挥的作用。我们将首先简要介绍铁电性和铁电氧化物，随后概述主要的理论发展。接着讨论钙钛矿氧化物中铁电性的一些细微之处，然后将注意力转向本章的主题——超薄膜中的铁电性。我们将详细讨论机械、电气和化学边界条件对平行板电容器几何结构中极化态稳定性的影响，并引入倾向于破坏铁电性的去极化场概念。我们将探讨超薄铁电体保持其极化态的其他途径，重点关注铁电畴和畴壁。最后，我们将简要讨论人工层状铁电体及其作为电子应用定制材料的潜力。