Unconventional Ferroelectricity with Quantized Polarizations in Ionic Conductors: High-Throughput Screening

铁电性 离子键合 离子 极化(电化学) 量子 导电体 凝聚态物理 化学物理 从头算 空位缺陷 材料科学 化学 物理 光电子学 电介质 量子力学 物理化学 复合材料
作者
Xuechen Wang,Yangyang Ren,Menghao Wu
出处
期刊:Journal of Physical Chemistry Letters [American Chemical Society]
卷期号:13 (41): 9552-9557 被引量:10
标识
DOI:10.1021/acs.jpclett.2c02601
摘要

Ferroelectricity is generally a displacive phenomenon within a unit cell in which ions are placed asymmetrically. In ionic conductors, ions can also be electrically displaced but by much longer distances. They are mostly nonpolar with symmetrical lattices due to the nondirectional character of ionic bondings. Here we propose that the combination of two such displacive modes may give rise to unconventional ferroelectricity with quantized polarizations, where even one local vacancy may induce giant polarization in ubiquitous ionic conductors. Such systems should be insulating with ion vacancies inclined to aggregate at one side. Our high-throughput screening combined with ab initio calculations provided 35 candidates, from which we select KSnS4 and Na4SnS4 to show the existence of such long ion displacement ferroelectricity with a change in integer quantum number in polarizations during switching. The polarizations can be unprecedentedly large with a moderate density of ion vacancies that can be experimentally achieved via ion deintercalation.

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