从混合声子和高阶动力学电荷触发 HfO$_2$ 的铁电性
材料科学
2026-03-11 v3
摘要
铁电 HfO 已成为高密度非易失存储器和纳米尺度晶体管应用的高度有前景材料。然而，极化力学的 uncertain 来源限制了我们完全理解和控制其铁电性的能力。铁电性——固体中自发且可切换极化的涌现——通常被认为由不稳定结构模（声子）所支配，这些模要么直接来自不稳定的极化声子，要么通过不可极化声子与极化模的耦合间接产生。虽然这些 "proper" 和 "improper" 机制成功解释了大多数系统的铁电性，但并不涵盖所有可能的现象。本文提出了一种新的 "混合触发" 铁电性机制，即极化有序通过三线耦合而涌现，且无结构不稳定。我们从高对称参考结构进行的群论分析表明，这一机制在广为争议的铁电 HfO 中得以实现，并通过第一性原理计算获得定量确认。我们还指出，该材料的动力学电荷是高度非传统的，总极化主要来源于非极化声子的高阶耦合。这些发现表明，即使是简单晶体结构，也可能容纳令人惊讶的不同结构有序之间的复杂相互作用，阐明了铁电性和反铁电性在氟化物相关结构中的起源，并为设计优异铁电材料提供了基础理解。
引用
@article{arxiv.2502.08633,
title = {Triggered ferroelectricity in HfO$_2$ from hybrid phonons and higher-order dynamical charges},
author = {Seongjoo Jung and Turan Birol},
journal= {arXiv preprint arXiv:2502.08633},
year = {2026}
}