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Intrinsic Valley Polarization and High-Temperature Ferroelectricity in Two-Dimensional Orthorhombic Lead Oxide

材料科学 铁电性 正交晶系 极化(电化学) 氧化物 凝聚态物理 氧化铅 铅(地质) 相变 压电响应力显微镜 钛酸锶 压电 纳米技术 四方晶系 电介质 光电子学 结晶学 晶体结构 复合材料 物理化学 冶金 地质学 化学 物理 地貌学
作者
Yuxia Jia,Fangxue Luo,Xiamin Hao,Qingling Meng,Wenzhen Dou,Ling Zhang,Jinge Wu,Shuwei Zhai,Miao Zhou
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:13 (5): 6480-6488 被引量:8
标识
DOI:10.1021/acsami.0c17878
摘要

Recent years have witnessed a surge of research in two-dimensional (2D) ferroelectric structures that may circumvent the depolarization effect in conventional perovskite oxide films. Herein, by first-principles calculations, we predict that an orthorhombic phase of lead(II) oxide, PbO, serves as a promising candidate for 2D ferroelectrics with good stability. With a semiconducting nature, 2D ferroelectric PbO exhibits intrinsic valley polarization, which leads to robust ferroelectricity with an in-plane spontaneous polarization of 2.4 × 10–10 C/m and a Curie temperature of 455 K. Remarkably, we reveal that the ferroelectricity is strain-tunable, and ferroelasticity coexists in the PbO film, implying the realization of 2D multiferroics. The underlying physical mechanism is generally applicable and can be extended to other oxide films such as ferroelectric SnO and GeO, thus paving an avenue for future design and fabrication of functional ultrathin devices that are compatible with Si-based technology.
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