Zusammenfassung Das optische Umschalten der ferroelektrischen Polarisation ist von Interesse für die drahtlose und energieeffiziente Steuerung von Logikzuständen. Bisher wurde dieses Phänomen vorwiegend in ferroelektrischen Perowskiten nachgewiesen, während Studien zu anderen neuartigen Ferroelektrika begrenzt sind. In diesem Zusammenhang ist das paradigmatische Beispiel eines technologisch relevanten ferroelektrischen Materials HfO 2 . HfO 2 hat jedoch eine sehr große Bandlücke, die die Lichtabsorption einschränkt. Bisher sind die vorgeschlagenen Strategien zur Verbesserung der Lichtabsorption in auf HfO 2 basierenden Systemen nachteilig für die ferroelektrischen Eigenschaften, d. h. Bandlückenverringerung oder gezielte Einführung von Defekten, welche die schaltbare Polarisation verringern und die Anwesenheit von Leckströmen erhöhen. Hier zeigen wir, dass gute ferroelektrische Eigenschaften, d. h. beträchtliche Polarisation (bis zu 15 μC cm −2 ), niedriger Leckstrom (unter 10 –6 A cm −2 ), hohe Belastbarkeit (bis zu 10 8 Zyklen) und schnelles Umschalten (< 50 ns) in epitaxialen Hf 0.5 Zr 0.5 O 2 -Filmen durch eine alternative Strategie, nämlich BaTiO 3 -Kappen, erreicht werden können. Während die ferroelektrischen Eigenschaften bemerkenswert sind, demonstrieren wir, dass die Anwesenheit von BaTiO 3 Lichtabsorption und die damit einhergehende elektrische Feldgenerierung ermöglicht, wie durch Dichtefunktionaltheorie-Berechnungen gestützt wird, was ein optisches Umschalten der Polarisation in Hf 0.5 Zr 0.5 O 2 unter 405-nm-Bestrahlung erlaubt. Es wurde festgestellt, dass das optische Umschalten bei Filmen mit dickerer BaTiO 3 -Kappschicht effizienter ist. Die hohe Polarisierbarkeit von BaTiO 3 trägt dazu bei, die Verschlechterung der ferroelektrischen Reaktion des Systems zu minimieren. Die hier präsentierten Ergebnisse zeigen, dass geeignete Designs verfolgt werden können, um das optische Umschalten der Polarisation in ferroelektrischem HfO 2 zu erzielen und gleichzeitig die wichtigsten funktionalen Eigenschaften zu bewahren.
Dong et al. (Fri,) untersuchten diese Fragestellung.