Al$_{1-x}$Sc$_x$N中的压电效应与极化翻转

氮化铝具有压电性，并沿$c$轴呈现自发极化，但其极化无法通过在电场下施加而翻转。向AlN中添加Sc可增强压电性能，并能使该合金成为铁电体。我们针对自发极化和压电极化进行了详细的第一性原理分析。显式超晶胞计算之间的比较表明，虚拟晶体近似对极化给出了准确结果，但在描述合金的相稳定性方面存在不足。我们将压电常数$e_{33}$的行为与内位移参数$u$的微观行为联系起来，发现内应变贡献在Sc诱导的增强中占主导地位。$u$的值随钪浓度增加而增大，使合金在局部上更接近层状六方结构。我们的方法使我们能够计算铁电翻转势垒，并基于Ginzburg-Landau理论将其作为Sc浓度和温度的函数进行分析。