铁电极化与氧空位迁移的耦合实现了电控热存储功能

《Advanced Materials》：The Coupling of Ferroelectric Polarization and Oxygen Vacancy Migration Enables Electrically Controlled Thermal Memories

　　

摘要

本文研究了外延生长的Hf_0.5Zr_0.5O₂铁电薄膜作为非易失性电场调制热存储器的潜在候选材料。研究发现，金属/Hf_0.5Zr_0.5O₂/Y₂O₃:ZrO₂器件的热导率依赖于电场强度，并表现出滞后现象——类似于极化与电场之间的滞后环路——在从顶部金属电极施加的大正（负）电场作用下达到最大（最小）值。这种动态热响应与Hf_0.5Zr_0.5O₂层中铁电极化与氧离子迁移之间的耦合效应一致：氧空位是主要的声子散射中心，而极化作用则形成了电活性离子迁移的障碍，从而产生了滞后效应。这种新机制使得在电场消失后可以实现两种非易失性状态：高（导通）和低（截止）热导率状态，其导通/截止比约为1.6。通过低于-5伏和高于+5伏的电压即可分别实现状态的切换。尽管导通和截止状态具有较高的时间稳定性，但切换速度受到Y₂O₃:ZrO₂电极中离子迁移速度的限制。

利益冲突

作者声明没有利益冲突。

数据可用性声明

如需获取支持本研究结论的数据，可向相应作者提出合理请求。