Ferroelastic Twin-Wall-Mediated Ferroelectriclike Behavior and Bulk Photovoltaic Effect in SrTiO3

物理 光伏系统 计算机科学 电气工程 工程类
作者
Ri He,Haowei Xu,Peijun Yang,Kai Chang,Hua Wang,Zhicheng Zhong
出处
期刊:Physical Review Letters [American Physical Society]
卷期号:132 (17)
标识
DOI:10.1103/physrevlett.132.176801
摘要

Ferroelastic twin walls in nonpolar materials can give rise to a spontaneous polarization due to symmetry breaking. Nevertheless, the bistable polarity of twin walls and its reversal have not yet been demonstrated. Here, we report that the polarity of ${\text{SrTiO}}_{3}$ twin walls can be switched by an ultralow strain gradient. Using first-principles-based machine-learning potential, we demonstrate that the twin walls can be deterministically rotated and realigned in specific directions under the strain gradient, which breaks the inversion symmetry of a sequence of walls and leads to a macroscopic polarization. The system can maintain polarity even after the constraint is removed. As a result, the polarization of twin walls can exhibit a ferroelectriclike hysteresis loop upon cyclic bending, namely flexoferroelectricity. Finally, we propose a scheme to experimentally detect the polarity of the twin wall by measuring the bulk photovoltaic responses. Our findings suggest a twin-wall-mediated flexoferroelectricity in ${\text{SrTiO}}_{3}$, which could be potentially exploited as functional elements in nanoelectronic devices design.
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