硅氧化物中通过腈氨间接引起的稳健铁电性
材料科学
2025-07-02 v1
摘要
当前铁电材料的纳米电子应用受到与硅材料不兼容性的严重限制。本文提出一种方法，在硅氧化物(SiO2)中诱导铁电性，其仍是硅基芯片中最广泛使用的介电材料。我们展示了首次性证据表明，将NH3分子插入晶体硅氧化物是放热的，其中NH3分子与SiO2形成准键，导致大且稳健的极化。一般而言，这种极化可以通过重组N-Si键来反转，这种重组是多轴向的，因此铁电性可能在任何面facet的薄膜中出现。当施加的外部电场足够大时，系统可能表现出规模远超常规的量化铁电性，其中NH3可像离子导体中的可移动离子一样迁移多个晶格常数。与含带电可移动离子和离子空位的离子导体不同，本文中插入体系可称为中性离子导体，其中原始SiO2和填充NH3的SiO2均为绝缘体。类似的铁电性可能存在于各种SiO2晶体多态形态、其非晶相以及其他被NH3填充的多孔结构中。我们的发现不仅可能解决铁电材料与硅兼容性的瓶颈问题，还可能发展出非传统的铁电机制。
引用
@article{arxiv.2507.00804,
title = {Robust Ferroelectricity in Silicon Dioxide upon Intercalation of Ammonia},
author = {Yaxin Gao and Menghao Wu and Jun-Ming Liu},
journal= {arXiv preprint arXiv:2507.00804},
year = {2025}
}