HfO2薄膜中铁电性的可能电化学起源
材料科学
2018-11-27 v1
摘要
近期在HfO_2及相关材料薄膜中观测到的异常铁电性引起了广泛关注，并催生了多种解释观测行为的竞争模型。本文发展了所观测类铁电行为的电化学机制，即源于薄膜表面附近以及晶界和薄膜内部其他类型不均匀处氧空位形成的弹性和电偶极子的集体现象。铁电相由“电化学”耦合诱导，即无处不在的电致伸缩与“化学”压力的联合作用，这导致在依赖于极化P的序-无序型热力学泛函中二次项alfa*P^2里的正系数alfa变号。负系数alfa成为向具有垂直于薄膜表面的自发极化P的长程有序铁电相转变的驱动力。利用上述思想，我们估计在厚度小于(20 - 30) nm的HfO_2薄膜中，氧空位可诱导高达(0.05 - 0.2) C/m^2的可逆铁电极化。我们展示了与现有实验数据的半定量一致性。
引用
@article{arxiv.1811.09787,
title = {Possible Electrochemical Origin of Ferroelectricity in HfO2 Thin Films},
author = {Maya D. Glinchuk and Anna N. Morozovska and Yunseok Kim and Sergei V. Kalinin},
journal= {arXiv preprint arXiv:1811.09787},
year = {2018}
}
备注
29 pages, 5 figures