滑动铁电体中波状畴壁的超滑移运动
材料科学
2025-02-04 v1 计算物理
摘要
由堆叠的非极性单层构建的滑动铁电体，能够在二维平面内实现面外极化，并具有超快开关速度和抗疲劳等优异特性。然而，被广泛接受的开关机制——即整个原子层在面外电场驱动下进行同步长距离面内平移——与实验观察存在不一致。我们证明，这种类似旋节分解的均匀开关过程违反了诺依曼原理，并且由于对称性约束不太可能发生。相反，对称性破缺的畴壁（DWs）和玻恩有效电荷的张量性质对于极化反转至关重要，这突显了滑动铁电体的量子本质。以Bernal堆叠的-BN双层为模型系统，我们发现宽大的波状畴壁的相干传播是铁电开关的关键机制。这一机制与钙钛矿铁电体中已确立六十多年的、与窄畴壁相关的逐层开关机制有着根本的不同。此外，这些波状畴壁表现出超滑移动力学，在室温下可实现约4000 m/s的超高速度，并显示出异常的冷却促进开关速度。滑动铁电体中畴壁超滑移性的意外出现，为提升关键性能指标提供了新途径，并为低温环境下的应用提供了令人兴奋的机会。
引用
@article{arxiv.2502.01007,
title = {Superlubric Motion of Wave-like Domain Walls in Sliding Ferroelectrics},
author = {Changming Ke and Fucai Liu and Shi Liu},
journal= {arXiv preprint arXiv:2502.01007},
year = {2025}
}