Nanoscale mechanical switching of ferroelectric polarization via flexoelectricity

极化(电化学) 纳米尺度 压电响应力显微镜 电场 光电子学
作者
Yijia Gu,Zijian Hong,Jason Britson,Lei Chen
出处
期刊:Applied Physics Letters [American Institute of Physics]
卷期号:106 (2) 被引量:59
标识
DOI:10.1063/1.4905837
摘要

Flexoelectric coefficient is a fourth-rank tensor arising from the coupling between strain gradient and electric polarization and thus exists in all crystals. It is generally ignored for macroscopic crystals due to its small magnitude. However, at the nanoscale, flexoelectric contributions may become significant and can potentially be utilized for device applications. Using the phase-field method, we study the mechanical switching of electric polarization in ferroelectric thin films by a strain gradient created via an atomic force microscope tip. Our simulation results show good agreement with existing experimental observations. We examine the competition between the piezoelectric and flexoelectric effects and provide an understanding of the role of flexoelectricity in the polarization switching. Also, by changing the pressure and film thickness, we reveal that the flexoelectric field at the film bottom can be used as a criterion to determine whether domain switching may happen under a mechanical force.

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