二氧化铪中多序参数铁电畴壁运动的成核机制

铁电二氧化铪具有有望实现铁电器件的强大极化和硅兼容性。然而，它面临极化翻转困难的问题。需要找到实现更容易极化翻转的方法，且这种翻转困难的根本原因尚不清楚。在此，我们研究了二氧化铪的 180$^\circ$ 畴壁及其通过成核的运动。我们发现多序参数二氧化铪的畴具有复杂的三维偶极图案，并导致不同对称性的畴壁。最常见的畴壁类型是一种涉及极化和四方度序参数同时反转的复杂畴壁。这种畴壁对称性确保了垂直于畴壁的偶极的良好匹配，从而导致低畴壁能。然而，这确保了在核边缘上形成尖锐、高能量的荷电畴壁，导致成核困难。因此，这种畴壁过于稳定而难以移动，这解释了二氧化铪的翻转困难。相比之下，另一种仅涉及极化反转的简单畴壁，其垂直于畴壁的偶极匹配较差。这导致更高的畴壁能，并确保了弥散且低能量的荷电畴壁，使成核更容易。因此，这种简单畴壁不太稳定且更容易移动。我们的理论将畴壁成核理论从传统的单序参数领域推进到多序参数领域。我们提出控制二氧化铪中不同畴壁类型的比例，作为实现快速极化翻转和更低矫顽场的一种方法。