由高Miller指数域壁驱动的邻近铝氮体系的铁电性

硅酸盐铁电体，如掺杂铝氮化物（AlScN），因其与半导体工艺的兼容性和强大的自发极化，被视为下一代存储器的有前景的材料。铁电开关通常归因于掺杂导致的bulk开关势垒软化。然而，最近关于邻近铁电性的报告表明，在AlN/AlScN多层结构中，未掺杂的AlN层可达500nm厚度即可完全开关，这挑战了上述观点。本文通过第一性计算和基于机器学习的分子动力学仿真，揭示了另一种由高Miller指数域壁中介的开关机制——这种现象长期被忽视，因其复杂的几何形状和被认为的不稳定性。我们表明，这些壁一旦被核化，就能以极低的势垒迁移。Sc掺杂离子发挥双重作用：它们稳定高指数壁，从而促进核化，同时引入的锁定作用阻碍壁的运动。在多层结构中，我们的仿真表明，在AlScN中核化的可移动域壁可向相邻的AlN传播，在那里它们容易移动且不受掺杂锁定的限制，从而实现厚度未掺杂层的低场开关。这种微观的分而治之机制解决了邻近铁电性的谜题，突显了高指数界面作为控制铁电开关的未被充分探索的杠杆。