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通过热应变畴工程实现硅兼容的理想反铁电性及大数字机电响应

材料科学 2026-06-28 v1
作者: Hao Xiong , Huazhang Zhang , Liang Shu , Yangyang Si , Jiaqi Liu , Chao Zhou , Rui Zhang , Jingxuan Li , Jinyang Li , Chhavi Rastogi , Hao Pan , Bin Xu , Er-Jia Guo , Yunlong Tang , Sujit Das , Philippe Ghosez , Qian Li , Jing-Feng Li , Zuhuang Chen
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摘要

反铁电体表现出可逆的反极性-极性转变，为现代纳米电子学中的多种功能提供了极具吸引力的平台，但对反铁电畴与切换路径的确定性控制仍然难以实现。此外，由于常规氧化物平台在结构与化学上的不兼容性，其与无处不在的硅基电子器件的集成受到限制。在此，我们将热失配这一常规缺点转化为功能优势，通过热拉伸应变工程在硅上外延的 PbZrO3 薄膜中实现了理想反铁电性，这是一种在常规钙钛矿衬底上无法获得的应变状态。理论与实验结合的研究表明，拉伸应变稳定了 (004)o 畴，实现了一步直接切换，而压应变稳定的 (240)o 畴则通过中间铁电态切换。所得薄膜表现出近零剩余极化、方形双磁滞回线、纳秒级切换（~75ns）、大的可逆电应变（~0.6%）以及稳健的工作窗口。这些发现为硅上畴工程理想反铁电性提供了关键见解，为高性能反铁电纳米电子器件开辟了可行途径。

关键词

反铁电性 热应变 畴工程 PbZrO3 机电响应 硅

引用

@article{arxiv.2606.29219,
  title  = {Silicon-compatible ideal antiferroelectricity with large digital electromechanical responses enabled by thermal-strain domain engineering},
  author = {Hao Xiong and Huazhang Zhang and Liang Shu and Yangyang Si and Jiaqi Liu and Chao Zhou and Rui Zhang and Jingxuan Li and Jinyang Li and Chhavi Rastogi and Hao Pan and Bin Xu and Er-Jia Guo and Yunlong Tang and Sujit Das and Philippe Ghosez and Qian Li and Jing-Feng Li and Zuhuang Chen},
  journal= {arXiv preprint arXiv:2606.29219},
  year   = {2026}
}

备注

23 pages, 5 figures