基于第一性原理晶格模分析的 HfO$_2$ 极化翻转机制
材料科学
2021-08-31 v1
摘要
在本工作中，我们进行第一性原理计算和晶格模分析，以研究 HfO 中的极化翻转机制。由于 HfO 的极性正交晶 相的稳定性源于三线性耦合，极化翻转不仅需要极性 模的翻转，还需要至少一个区边界反极性模的翻转。因此极性模与反极性模之间的耦合导致不同极化翻转路径之间的显著差异。具体而言，我们的晶格模耦合分析表明，涉及 模反转的路径具有大的激活能，而由于 模是非极性的，无法通过对施加电场直接克服。我们的结果表明，反极性 相的局域结构非常类似于 相，同样无法被电场转变为该相，因为这将要求 模图案的局域反转。此外，对于最被广泛考虑的畴壁结构，其传播同样需要 模的反转，导致比具有单一 模符号的畴壁结构传播大得多的激活能。最后，这些关于 HfO 畴壁传播的第一性原理结果对许多实验观测（如薄膜中迟缓的畴壁运动和稳健的铁电性）具有启示意义，而晶格模分析深化了我们对铁电 HfO 这些独特性质的理解。
引用
@article{arxiv.2108.12538,
title = {Polarization switching mechanism in HfO$_2$ from first-principles lattice mode analysis},
author = {Yubo Qi and Sobhit Singh and Karin M. Rabe},
journal= {arXiv preprint arXiv:2108.12538},
year = {2021}
}