四阱型铁电性及α-Al2S3 中适中切换垫板：第一性原理研究
材料科学
2025-02-19 v2
摘要
六方纹铁电体因其铁电特性及与现有半导体的集成优势，被视为下一代微电子器件的热门材料。然而，其高 coercive 场（接近击穿电场）亟需降低。为此，大量研究致力于探索具有较低极化切换垫板的新型六方纹化合物，或通过掺杂策略实现目标。本文报告了关于离子空位有序六方纹 α-Al2S3 氢化极化切换的第一性原理计算结果，揭示其单轴向四阱型铁电性及 51 meV/cation 的适中切换垫板——该值远低于传统六方纹铁电体。导致独特四阱型铁电性和适中切换垫板的三个关键因素包括：缓解阴离子间斥力、结构灵活性以减轻横向晶格膨胀、以及形成由 Al 3pz 与 S 3pz 轨道构成的 σ-like 键合态。双向压缩应变和 Ga 掺杂可使切换垫板降低最高可达 40%。本研究鼓励对 defective 六方纹 α-Al2S3 铁电性的实验研究，作为一种具有非凡铁电性质的新型材料出现，同时为降低六方纹铁电体的切换垫板提供了潜在策略：引入阴离子空位。
引用
@article{arxiv.2406.04084,
title = {Quadruple-well ferroelectricity and moderate switching barrier in defective wurtzite {\alpha}-Al2S3: a first-principles study},
author = {Yuto Shimomura and Saneyuki Ohno and Katsuro Hayashi and Hirofumi Akamatsu},
journal= {arXiv preprint arXiv:2406.04084},
year = {2025}
}
备注
30 pages, 5 figures