多层铁电/虚拟铁电薄膜中的极化特性与磁滞回线

在朗道 - 金兹堡 - 德文希尔（Landau--Ginzburg--Devonshire, LGD）唯象理论框架下，计算了失配应变、表面能和有限尺寸效应对铁电/虚拟铁电多层薄膜相图、极化特性及磁滞回线的影响。首次研究了由于薄膜与衬底晶格常数不匹配而在薄膜 - 衬底界面产生的弹性变形对虚拟铁电 SrTiO$_{3}$/铁电 BaTiO$_{3}$多层薄膜相图的影响。与仅存在四种相（立方相、四方相、正交相和菱方相）的块体 BaTiO$_{3}$不同，研究发现多层 SrTiO$_{3}$/BaTiO$_{3}$薄膜中可存在六种热力学稳定的 BaTiO$_{3}$相（顺电相、四方铁电相 (FEc)、两种单斜铁电相 (FEaac 和 FEac) 以及两种正交铁电相 (FEa 和 FEaa)）。计算了多层 SrTiO$_{3}$/BaTiO$_{3}$薄膜磁滞回线的主要极化特性（形状、矫顽场和自发极化）。结果表明，该系统的极化特性强烈依赖于 SrTiO$_{3}$和 BaTiO$_{3}$层的厚度以及弹性失配应变，其中 SrTiO$_{3}$起介电层作用：层越厚，去极化场越强，进而降低 BaTiO$_{3}$薄膜中的自发极化。