Paredes de Domínio Lateral Dependentes da Direção em Óxido de Zircônio de Hafnio Ferroelétrico e seus Coeficientes de Energia Gradiente: Um Estudo de Primeiras Princípios

Resumo Para entender e aproveitar os mecanismos físicos de dispositivos baseados em óxido de zircônio de hafnio (HZO) ferroelétrico, há necessidade de uma clara compreensão das interações de domínio, suas dinâmicas, efeitos de capacitância negativa e outras características multidomínio. Esses atributos cruciais dependem do acoplamento entre domínios vizinhos quantificado pelo coeficiente de energia gradiente (g). Além disso, o HZO possui configurações multidomínio laterais únicas, dependentes da orientação. Para desenvolver uma compreensão aprofundada dos efeitos multidomínio, é necessária uma análise minuciosa de g. Neste trabalho, a energia das configurações multidomínio e o mecanismo de crescimento do domínio correspondente às paredes de domínio laterais (DWs) do HZO são analisados e os coeficientes de energia gradiente são quantificados usando cálculos de teoria do funcional de densidade de primeiras princípios. Esses resultados indicam que uma direção lateral exibe as seguintes características: i) a DW é ultra-afiada e o crescimento do domínio ocorre célula-unitária por célula-unitária, ii) o valor de g é negativo e na ordem de 10 −12 V m 3 C −1 , e iii) g reduz (aumenta) com tensão compressiva (tensil). Em contraste, na outra direção lateral, as seguintes características são observadas: i) a DW é gradual e o crescimento do domínio ocorre em quanta de metade de célula-unitária, ii) g é positivo e na ordem de 10 −10 V m 3 C −1 , e iii) g aumenta (reduz) com tensão compressiva (tensil).