Formación y energía de paredes de dominio cabeza a cabeza y cola a cola en óxido de circonio y hafnio

Resumen Las paredes de dominio (DWs) de 180 ^ ∘ del tipo cabeza a cabeza/cola a cola (H–H/T–T) en materiales ferroeléctricos (FE) son de un interés inmenso para una comprensión integral de las características FE, así como para aprovecharlas en nuevas aplicaciones. Nuestro cálculo de primeros principios sugiere que la formación de tales DW en el óxido de hafnio y circonio (HZO) basado en FEs depende de las características únicas de la celda unidad HZO, como la segmentación de espaciadores polares. El patrón cruzado de los segmentos polares y espaciadores en dos dominios vecinos a lo largo de la dirección de polarización (donde el segmento polar de un dominio se alinea con el segmento espaciador de otro) aumenta la estabilidad de tales DW. Además, mostramos que la baja densidad de vacantes de oxígeno en la interfaz metal-HZO y la alta función de trabajo de los electrodos metálicos son propicias para la formación de DW T–T. Por otro lado, la alta densidad de vacantes de oxígeno y la baja función de trabajo del electrodo metálico favorecen la formación de DW H–H. Las cargas ligadas a la polarización en el DW se filtran cuando la curvatura de la banda del campo de despolarización acumula huecos (electrones) en DW T–T (H–H). Para una comprensión integral, también investigamos su naturaleza FE y el mecanismo de crecimiento de dominios. Nuestro análisis sugiere que se debe cumplir un criterio de grosor mínimo de los dominios para la estabilidad de los DW H–H/T–T y el cambio de los dominios a través de tal formación de DW.