纤锌矿型铁电氮化物开放表面的极化切换：铁电子系统与电化学反应性

《Advanced Materials》：Polarization Switching on the Open Surfaces of the Wurtzite Ferroelectric Nitrides: Ferroelectric Subsystems and Electrochemical Reactivity

二叉铁电氮化物极化翻转行为异常，结构分析表明极化反转与表面/界面有效极性N-M转变相关，揭示铁电与化学强耦合。宏观研究显示复杂时间依赖现象（如唤醒效应）。多维高分辨率PFM和光谱学证实诱导铁电畴演化、机电响应及表面形变，发现两个弱耦合铁电子系统并揭示偏压诱导电化学活性。该行为与六方晶系研究相似但新增电化学活性，表明普遍性。研究证实高分辨率多模式PFM谱学可解析材料复杂耦合极化动态，与电子显微镜观察的鲨齿状铁电畴结果一致，建立二叉六方铁电材料极化翻转的普遍现象学图景。

　　

摘要

二元铁电氮化物是信息技术和电力电子领域中具有前景的材料。然而，这些材料中的极化反转现象非常特殊。从结构角度来看，极化的反转与表面和界面处有效极性从N型转变为M型的过程相关，这表明铁电现象与化学现象之间存在强烈的耦合。在宏观研究中，观察到了包括“唤醒”现象在内的复杂时间依赖性行为。本文利用多维度高分辨率压电响应力显微镜（PFM）和光谱技术研究了极化反转过程，监测了一阶极化反转曲线测量过程中诱导的铁电畴、机电响应以及表面形变的演变。研究发现存在两个耦合较弱的铁电子系统，并且观察到了偏压诱导的电化学反应性。这些观察结果与其他纤锌矿体系的研究非常相似，但同时还包含了电化学反应性，这表明这些现象在纤锌矿型二元铁电材料中具有普遍性。这些研究展示了高分辨率多模态PFM光谱技术在解析材料中复杂耦合极化动力学方面的潜力。此外，基于PFM的研究结果与最近通过电子显微镜观察到的氮化物中的“鲨鱼齿”状铁电畴的结果完全一致。因此，可以认为这些研究为二元纤锌矿材料的极化反转现象提供了普遍性的现象学解释。

利益冲突

作者声明不存在利益冲突。