氧化铪中唤醒效应的起源

我们对受外延应变的氧化铪进行了密度泛函理论（DFT）计算。我们证明了在电场存在下，体相氧化铪中铁电相（$Pca2_{1}$）相对于反铁电相（$Pbcn$）的稳定化。我们发现，通过适当选择薄膜取向，极性（$Pca2_{1}$）相可以被有效稳定。我们表明，对于（010）取向的 Pbcn，铁电 $Pca2_{1}$ 相可以在相对较小的电场（$\mid\varepsilon\mid\geq 150$ KV/m）下达到。因此，我们为实验观察到的通过电场循环实现的极化增强（即唤醒效应）提供了一个简单的解释，即电场驱动的铁电相变。相比之下，我们发现无应力的纯氧化铪在任何合理的电场下都不会变成铁电体。因此，我们将纯氧化铪的唤醒效应和铁电相稳定解释为外延应变与垂直于薄膜施加的电场共同作用的结果。我们发现，应变（或掺杂）主要使斜锆石结构失稳，从而可以形成反铁电 Pbcn 相和铁电相。