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First-principles simulation of domain dynamics and negative capacitance in ultrathin ferroelectric films
| Content Provider | Semantic Scholar |
|---|---|
| Author | Kasamatsu, Shusuke Watanabe, Satoshi Han, Seungwu Hwang, Cheol Seong |
| Copyright Year | 2016 |
| Abstract | 最近、いくつかの実験から強誘電体薄膜が負の誘電率を示すことが示唆されており、MOSFET の省電力化や、DRAMキャパシタの容量向上への応用が期待されている[1]。一方、先行する連続 体モデルによる理論研究では、仮に強誘電体薄膜が単一分極ドメイン構造をとる場合には負の誘 電率が発現し得るが、実際には分極ドメインを作った方がより安定であり、これによって負の誘 電率の発現が抑制されることが示されている。本研究では、このような一見矛盾する知見に対し て理論的な説明を加え、材料・デバイス設計の指針を得るため、180 度ドメイン壁を有する強誘 電体/常誘電体 2 層キャパシタ構造(図 1)に対して第一原理計算を行い、静電場に対するドメイ ン構造の応答とキャパシタンスの計算を行った。特に、連続体モデルによる先行研究で考慮され ていない有限バイアスの効果に着目した[2]。 図 2 に、バイアス履歴に対する分極ドメイン構造の変化を模式的に示す。0 V では縞状の 180 度ドメイン構造が安定であるが、0.3 Vのバイアスを印加すると単一ドメイン状態が生じることが 分かった。いったん単一ドメイン状態に転移すると、0.1 V未満に電圧を下げるまでは安定で、そ れより電圧を下げると縞状のドメイン構造が再生する。単一ドメイン状態では、図 1 のモデルか ら強誘電体の部分を除いて接合させたモデルと比べてキャパシタンスが増大しており、強誘電体 薄膜が負の誘電率を示すことが確認できた。 [1] G. Catalan et al., Nature Mater. 14, 137 (2015). [2] S. Kasamatsu et al., Adv. Mater. 28, 335 (2016). |
| File Format | PDF HTM / HTML |
| Alternate Webpage(s) | https://confit.atlas.jp/guide/event-img/jsap2016s/21a-W641-8/public/pdf?type=in |
| Language | English |
| Access Restriction | Open |
| Content Type | Text |
| Resource Type | Article |
