通过空穴掺杂稳定二元金属氧化物中的极性相
材料科学
2023-03-02 v3
摘要
近期在二元金属氧化物（如 HfO2、ZrO2、Hf0.5Zr0.5O2 和 Ga2O3）的亚稳相中观测到铁电性，引起了广泛关注。这些亚稳铁电相通常通过外延生长、合金化或缺陷工程来稳定。在此，我们提出空穴掺杂在稳定二元金属氧化物中的极性相方面起着关键作用。利用第一性原理密度泛函理论计算，我们表明这些氧化物中的空穴主要占据两个氧亚晶格之一。这种空穴局域化在极性相中比在非极性相中更显著，它降低了系统的静电能量，并使极性相在足够大的浓度下更加稳定。我们证明该静电机制负责稳定经异价掺杂引入空穴的元素（如 La 和 N）的 HfO2 铁电相。最后，我们表明 HfO2 中的自发极化对空穴掺杂具有鲁棒性，即便在高空穴浓度下仍保持大极化。
引用
@article{arxiv.2209.09436,
title = {Stabilizing polar phases in binary metal oxides by hole doping},
author = {Tengfei Cao and Guodong Ren and Ding-Fu Shao and Evgeny Y. Tsymbal and Rohan Mishra},
journal= {arXiv preprint arXiv:2209.09436},
year = {2023}
}