基于电子ptychography的Hf0.5Zr0.5O2精确晶体结构与极化度 determination
材料科学
2024-09-20 v1 介观与纳米尺度物理
摘要
Hf0.5Zr0.5O2（HZO）是下一代ferroelectric存储器和晶体管的有前景的候选材料。然而，其ferroelectric性起源仍在争议中，due to its在实际样品中复杂的相和微结构。本研究我们利用多slice电子ptychography探讨了无基片的HZO自由悬膜的原子结构，通过该方法我们能够实现最高可达~25 pm的超高空间分辨率，并且能够同时成像阳离子和氧离子，从而精确确定不同相的本征原子结构并揭示它们之间的细微变化。我们阐明了正交相具有自发极化~34{\pm}4 {\mu}C/cm2（对应于56{\pm}6 pm位移）的ferroelectric性，其通过统计分析准确测量。在晶界附近观察到显著的极化抑制，而在180{\deg}ferroelectric域壁附近未检测到可辨别的结构变化。通过从[111]区轴直接成像正交相的氧离子，我们量化了大量氧空位的数量，并发现其存在偏好分布，这会影响极化方向和强度。这些发现为HZO研究提供了基础，从而为设计高性能ferroelectric器件奠定了基础。
引用
@article{arxiv.2409.12434,
title = {Precise structure and polarization determination of Hf0.5Zr0.5O2 with electron ptychography},
author = {Xiaoyue Gao1 and Zhuohui Liu and Bo Han and Xiaowen Zhang and Ruilin Mao and Ruochen Shi and Ruixue Zhu and Jiangbo Lu and Tao Wang and Chen Ge and Peng Gao},
journal= {arXiv preprint arXiv:2409.12434},
year = {2024}
}