硅衬底上铁电 ZrO$_{2}$ 单层的理论
材料科学
2019-06-27 v1
摘要
我们使用密度泛函理论和蒙特卡洛晶格模拟来研究 Si(001) 上 ZrO 单层的构型。最近，我们报道了非晶 ZrO 单层在硅上的实验生长及其铁电性质，标志着最薄铁电氧化物的实现 [M. Dogan 等，Nano Lett., 18 (1) (2018)]。在此，我们首先描述 Si 上单晶 ZrO 单层丰富的原子构型图景并确定局域能量极小。由于发现了大量低能构型，我们考虑不同构型的有限尺寸区域共存。我们建立了一个简单的近邻晶格模型，其参数提取自 DFT 计算，并使用团簇蒙特卡洛算法数值求解。我们的结果表明，直至室温，ZrO 单层由具有相反铁电极化的两种低能构型的小畴组成。这解释了实验薄膜中观察到的铁电行为：即在外加电场作用下发生翻转的尺寸仅几纳米的晶态区域集合。
引用
@article{arxiv.1902.01022,
title = {Theory of Ferroelectric ZrO$_{2}$ Monolayers on Si},
author = {Mehmet Dogan and Sohrab Ismail-Beigi},
journal= {arXiv preprint arXiv:1902.01022},
year = {2019}
}