WikiEdge:ArXiv-2409.06156v1/abs

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• 標題：On the negative capacitance in ferroelectric heterostructures
• 中文標題：鐵電異質結構中的負電容研究
• 發布日期：2024-09-10T02:05:21+00:00
• 作者：Yuchu Qin, Jiangyu Li
• 分類：physics.app-ph, cond-mat.mtrl-sci
• 原文鏈接：http://arxiv.org/abs/2409.06156v1

摘要：負電容可以用來克服場效應晶體管（FET）中亞閾值擺幅（SS）的下限，從而實現超低功耗微電子技術，儘管鐵電負電容的概念仍存在爭議。在這項工作中，我們嚴格使用蘭道-德溫肖理論分析了鐵電/介電異質結構中的負電容，識別出三個（一個）臨界介電厚度，分別對應於一階（和二階）鐵電相變，負電容的穩定性在這些厚度上發生變化。還識別出一個臨界電窗，超出該電窗，鐵電負電容無法維持。在第一個和第二個臨界厚度之間，存在近零極化的亞穩態負電容，但當電窗被打破時，它將喪失並無法恢復。在第二個和第三個臨界厚度之間，無論初始極化狀態如何，穩定的負電容始終存在於電窗內，導致出現滯後雙P-E回線。在第一（第二）階相變的第三（第一）臨界厚度之外，P-E回線變為無滯後，儘管在足夠大的電場下仍然可以誘導自發極化。在臨界厚度或電場處還觀察到有效介電常數的奇點。分析表明，鐵電的負電容可以在臨界電窗內通過線性介電材料得到穩定，對於一階鐵電材料，負電容可以是無滯後的或有滯後的，而對於二階鐵電材料，負電容始終是無滯後的。