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英文原題：Unconventional Ferroelectricity with Quantized Polarizations in Ionic Conductors: High-Throughput Screening
通訊作者：吳夢昊，華中科技大學(xué)
作者：王雪辰，任洋洋，吳夢昊
鐵電性通常是指原胞內(nèi)離子偏移導(dǎo)致的自發(fā)極化現(xiàn)象。在離子導(dǎo)體中，離子在外場的作用下也能產(chǎn)生長程位移，但由于離子鍵無方向性的特性，離子導(dǎo)體的結(jié)構(gòu)大多對稱不具有自發(fā)極化。我們提出一種離子空位傾向于聚集的非常規(guī)鐵電，將第一性原理計算與高通量篩選相結(jié)合尋找相關(guān)體系，并以KSnS4和Na4SnS4兩種材料為例展示其有空位的情況下，離子的遷移可能產(chǎn)生具有量子化的極化值，即使一個局部空位也可能在離子導(dǎo)體中產(chǎn)生相當(dāng)大的極化。
研究背景
鐵電性已廣泛應(yīng)用于傳感器、存儲器等電子器件中。具有鐵電性的材料通常含有非中心對稱晶格和離子位移，例如，BaTiO3中Ti離子的偏離，產(chǎn)生的極化大致與離子的位移成正比，并可在電場作用下切換方向。在離子導(dǎo)體中，離子在外場的作用下也能產(chǎn)生長程位移，但由于離子鍵無方向性的特性，離子導(dǎo)體的結(jié)構(gòu)大多高度對稱，不具有自發(fā)極化。
文章亮點
我們提出一種可能存在于離子導(dǎo)體中的非常規(guī)鐵電，即使該離子導(dǎo)體原本是中心對稱的晶格結(jié)構(gòu)，也可能在具有空位的情況下導(dǎo)致結(jié)構(gòu)不對稱，從而產(chǎn)生巨大的量子化極化。
內(nèi)容介紹
本項工作通過高通量篩選與DFT計算相結(jié)合，從13萬種無機材料中得出35種可能產(chǎn)生量子極化的離子導(dǎo)體鐵電材料。
圖1. (a) 高通量篩選的流程圖；（b）最終的 383種離子導(dǎo)體的 DFT計算結(jié)果
圖2.?(a) KSnS4的結(jié)構(gòu)示意圖與遷移路徑圖；（b）Na4SnS4的結(jié)構(gòu)示意圖與遷移路徑圖；（c）兩種材料的遷移勢壘；（d）KSnS4的極化改變；（e）Na4SnS4的極化改變
以Na4SnS4和KSnS4為例，計算結(jié)果表明，這兩種材料離子空位都可以通過離子通道進行遷移（圖2a-b），而在遷移過程中能夠翻轉(zhuǎn)晶格常數(shù)整數(shù)倍的極化，即量子化極化（圖2d-e），極化值可遠(yuǎn)超傳統(tǒng)鐵電材料。即使在晶格結(jié)構(gòu)對稱的材料中，也可產(chǎn)生這種非傳統(tǒng)鐵電極化。
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