A first-principles study on the intrinsic asymmetric ferroelectricity of the SrTiO3–BaTiO3–CaTiO3tricolor superlattice at the nanoscale

铁电性 材料科学 凝聚态物理 超晶格 纳米尺度 极化(电化学) 堆积 亚稳态 纳米技术 电介质 光电子学 物理 化学 核磁共振 量子力学 物理化学
作者
Yong‐Chao Gao,Chun‐Gang Duan,Xiao Tang,Zhigao Hu,Pingxiong Yang,Z. Q. Zhu,Junhao Chu
出处
期刊:Journal of Physics: Condensed Matter [IOP Publishing]
卷期号:25 (16): 165901-165901 被引量:16
标识
DOI:10.1088/0953-8984/25/16/165901
摘要

We report a systematic theoretical study on the ferroelectric behavior of ultrathin three-component ferroelectric films, e.g., CaTiO3-BaTiO3-SrTiO3, sandwiched between electrodes. Using first-principles calculations we demonstrate that such structures have intrinsic asymmetric ferroelectricity which is robust even at the nanoscale. In addition, there exists a certain relationship between the polarization directions and geometric stacking sequences of the superlattices. Specifically, the lowest energy states always have polarizations pointing from CaTiO3 via BaTiO3 to SrTiO3, while the sequence in the metastable states is SrTiO3-BaTiO3-CaTiO3. Therefore we were able to distinguish one ferroelectric state from its opposite state by means of their geometric stackings along the polarization directions. Besides this, band alignment analysis reveals that such structures are well behaved at the metal/ferroelectric interface, confirming the credibility and reliability of our first-principles calculation. Our finding may suggest a controllable and unambiguous way to build ferroelectric and multiferroic tunnel junctions.
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