掺杂减小铁酸锆的 coercive 场
材料科学
2026-03-13 v2 计算物理
摘要
铁酸锆（HfO2）因其与CMOS兼容性，被视为下一代存储和逻辑器件的热门人选。然而，其极化开关所需的高 coercive 场仍是高效器件操作的关键挑战。通过第一性原理计算和现象学建模，我们预测空掺杂HfO2的coercive场为8 MV/cm，而掺杂0.2个每公式单元（f.u.）的空穴后可降低至6 MV/cm。在无掺杂情况下，Pca21相的极化反转优先通过非极化四方时态P42/nmc相完成。该切换路径涉及三个硬畸变模式的耦合，使未掺杂HfO2成为不完全铁电体。尽管如此，空穴掺杂并未改变该路径上的能垒（保持为80 meV/f.u.），但引入空穴会硬化连接极化Pca21相与非极化正交Pbc相的极化畸变模式，并将能垒从未掺杂HfO2中的180 meV/f.u.降低至0.2个空穴/f.u.处的80 meV/f.u.。通过Pbc相激活后者切换路径可导致极化方向的反转。总体而言，空穴掺杂使通过Pbc相的切换路径更具竞争力，使HfO2成为具有较低coercive场的 proper铁电体。
关键词
引用
@article{arxiv.2508.05345,
title = {Hole-doping reduces the coercive field in ferroelectric hafnia},
author = {Pravan Omprakash and Gwan Yeong Jung and Guodong Ren and Rohan Mishra},
journal= {arXiv preprint arXiv:2508.05345},
year = {2026}
}