通过萤石子晶格上的等价掺杂实现 Bi$_{\mathbf{4}}$Ti$_{\mathbf{3}}$O$_{\mathbf{12}}$ 中的极化旋转
材料科学
2019-01-09 v1
摘要
钛酸铋 BiTiO（BiT）是一种复杂的层状铁电材料，由三个类钙钛矿单元和一个类萤石单元沿 方向交替堆叠而成。基态晶体结构为单斜结构，自发极化（约 50 C/cm）沿面内 方向。BiT 通常以薄膜形式沿 方向生长，且使极化矢量与生长取向对齐对若干潜在器件应用是有利的。众所周知，铁电体的审慎掺杂是调节自发极化大小和方向的有效方法。在此，我们通过第一性原理密度泛函理论和详细的声子分析表明，与类钙钛矿层相比，类萤石层中的 Bi 原子对自发极化矢量的大小和方向有显著影响。低能硬声子模式的特征是类萤石层发生横向位移以及 Bi 原子上玻恩有效电荷的大变化。因此，类萤石层内 Bi 位点的掺杂引起的对称性破缺导致沿 方向形成未抵消的永久偶极矩。这为掺杂类萤石层中的 Bi 位点提供了机会。我们研究了等价掺杂剂 P、As 和 Sb。发现 P 在自发极化重取向中最有效。它导致极化的 分量增强三倍，并使自发极化矢量向 方向旋转 36.2。
引用
@article{arxiv.1808.07143,
title = {Polarization rotation in Bi$_{\mathbf{4}}$Ti$_{\mathbf{3}}$O$_{\mathbf{12}}$ by isovalent doping at the fluorite sublattice},
author = {Kevin Co and Fu-Chang Sun S. Pamir Alpay and Sanjeev K. Nayak},
journal= {arXiv preprint arXiv:1808.07143},
year = {2019}
}
备注
22 pages, 6 figures, 4 tables