通过随机共振在铁电薄膜电容器中实现亚 coercive 场同步极化开关
应用物理
2025-08-19 v1
摘要
随机共振 (SR) 是一种现象，即噪声的存在允许检测弱亚阈值信号，或在双稳态系统中允许在两个状态之间进行亚 coercive 开关。简单理论表明，SR 当且仅当双稳态系统的克拉默斯速率 (rk) 是驱动频率 (fsignal) 的两倍时发生。本文展示了如何通过 SR 实现亚 coercive 电压波形在铁电 Pb(Zr,Ti)O₃ (PZT) 薄膜电容器中的同步极化开关。我们采用交叉协方差、输出功率和信噪比等独立的绩效指标 (FOM) 来实验性地识别同步开关的最优噪声。我们进一步实验测量了铁电体中的克拉默斯时间，并表明 FOMs 确实在由 SR 条件预测的噪声附近达到峰值。我们还使用随机时域 Landau-Ginzburg (TDGL) 表述模型设备特性，成功捕捉了在亚 coercive 电压驱动下辅以噪声的极化开关行为。最后，我们展示了一个面向检测亚阈值频移键信 (FSK) 的噪声通信信道的 proof-of-concept 实现方案，该方案利用我们的铁电 PZT 器件。
引用
@article{arxiv.2508.12017,
title = {Synchronous polarization switching at sub-coercive fields through stochastic resonance in ferroelectric thin-film capacitors},
author = {Vivek Dey and Thejas Basavarajappa and Manikantan R. S. and Kevin Renji Jacob and Jonnalagadda Nikhila and Arvind Ajoy and Pavan Nukala},
journal= {arXiv preprint arXiv:2508.12017},
year = {2025}
}
备注
11 pages, 6 figures