關(guān)于高Tc薄膜鐵電材料機制的研究
基于過去發(fā)展的基于第一性原理電子結(jié)構(gòu)計算的有限溫度下鐵電-順電相變模擬手段,指出Fisher等人提出的有限尺寸標(biāo)度理論存在缺陷,并針對鐵電-順電相比提出修正方法。此理論缺陷存在的本質(zhì)原因是理論推導(dǎo)過程中對體材到薄膜演變過程中哈密頓量變化的忽視,是由當(dāng)時實驗技術(shù)與針對具體材料物性理論模擬手段的局限造成的。新發(fā)展出來的修正方法可廣泛適用于類似鐵電材料的物性模擬。 研究中,以SnTe作為一個例子,來研究標(biāo)度律不成立的體系;以BaTiO3為一個例子,來描述標(biāo)度律成立的體系。通過對比兩類材料在從體材到薄膜變化過程中電子結(jié)構(gòu)與相變溫度變化的規(guī)律,作者發(fā)現(xiàn)相變序參量的變化可以作為一個描述子,來區(qū)分此兩類系統(tǒng)。在標(biāo)度律成立的體系,體材與薄膜的相變序參量并不發(fā)生變化,這個也是70年代Fisher等人提出標(biāo)度律的一個基本假設(shè)。而對SnTe這類材料,在從體材到薄膜的演化過程中,相變序參量已經(jīng)發(fā)生了變化。這一機制也為尋找、預(yù)測和設(shè)計低維高Tc鐵電材料提供了新思路。不同于之前研究常采用的施加應(yīng)變等外部調(diào)制手段,新機制預(yù)測的低維鐵電材料具備本征高Tc,更易于脫離實驗室條件走向工業(yè)生產(chǎn)。課題組期待這一工作能激發(fā)更多高Tc鐵電材料的發(fā)現(xiàn)。圖1. 材料的相變序列(a) 滿足標(biāo)度律的傳統(tǒng)鐵電材料;(b) 不滿足標(biāo)度律的二維鐵電材料;(c) 不滿足標(biāo)度律的一維鐵電材料。當(dāng)且僅當(dāng)材料的低維相變序列發(fā)生改變時,標(biāo)度律不成立,該材料有可能發(fā)現(xiàn)高Tc,即(b)(c),有待于進一步的實驗發(fā)現(xiàn)。
北京大學(xué)
2021-04-11