HfO2 单层和超润滑莫尔旋转铝电转变
材料科学
2025-12-05 v2
摘要
尽管HfO2薄膜铝电体取得了显著进展，但仍存在诸多问题，如诱发场高且铝电性质的旋转动力学鲜有探讨。本文探讨了双层HfO2通过滑动和旋转实现低势垒开关的机制。在144种滑动配置中，两种配置表现出强面内极化（2360 pC/m），且开关势垒低至9.57 meV/f.u.旋转生成与莫尔图案相关的极化纹理，通过软区中心模态实现铝电化，机械学习辅助的第一性原理计算结果证实了这一点。HfO2在旋转角度为21.79{\deg}、27.80{\deg}和46.83{\deg}时，面内（面外）极化分别为430（5.82）、367（2.20）和1057（0.03）pC/m。对于21.79{\deg}和27.80{\deg}的旋转，开关势垒分别降至1.74和0.18 meV/f.u.，表明具有超润滑特性。值得注意的是，46.83{\deg}双层展现近乎无势垒的极化演化（0.03 meV/f.u.），归因于区中心声子线宽显著增强。本研究为2D铝电体的莫尔工程化开关路径提供了依据。
引用
@article{arxiv.2505.08164,
title = {Sliding and superlubric moir\'e twisting ferroelectric transition in HfO2},
author = {Jie Sun and Yiheng Shen and Tengfei Cao and Li-Min Liu},
journal= {arXiv preprint arXiv:2505.08164},
year = {2025}
}