亚纳米硅薄膜的可开关铁电性
材料科学
2024-07-03 v1 计算物理
摘要
近期的技术进展凸显了开发与硅基兼容的铁电材料的迫切需求。我们系统地探索了可能的硅量子电影，并发现一种低能态变体（hex-OR-2*2-P），其能量仅比基态（hex-OR-2*2）高 1 meV/原子。两种材料均被确认为动力学和机械上稳定的半导体，间隙分别为 1.323 eV 和 1.311 eV。该铁电hex-OR-2*2-P表现出最高可达 120 pC/m 的面内自发极化，且受到潜在势垒（13.33 meV/原子）的保护，防止其无意中转化为hex-OR-22。为模拟单元素硅单层在电场中的开关铁电性，我们发展了一种同时学习原子势和玻璃有效电荷（BEC）的单一等向模型方法，并采用物理导向的损失函数。该方法在多个铁电材料上表现良好。hex-OR-2*2-P硅的仿真结果表明，其去极化温度约为 300 K，诱导电场约为 0.05 V/{\AA}。这些结果表明，硅基铁电器件是可行的，硅单层的基态相（hex-OR-2*2）是一个理想的系统。我们的发现凸显了纯硅铁电材料在未来实验合成以及存储器、传感器和能源转换器中的应用前景。
引用
@article{arxiv.2407.01914,
title = {Switchable Ferroelectricity in Subnano Silicon Thin Films},
author = {Hongyu Yu and Shihan deng and Muting Xie and Yuwen Zhang and Xizhi Shi and Jianxin Zhong and Chaoyu He and Hongjun Xiang},
journal= {arXiv preprint arXiv:2407.01914},
year = {2024}
}
备注
18 pages, 3 figures