Stability of chiral polarization vortex in strained ferroelectric superlattices

超晶格 铁电性 凝聚态物理 涡流 手性(物理) 极化(电化学) 材料科学 相图 相(物质) 物理 光电子学 电介质 量子力学 化学 自发对称破缺 对称性破坏 热力学 物理化学 Nambu–Jona Lasinio模型
作者
Zhexin Jiang,Jie Wang
出处
期刊:Journal of Applied Physics [American Institute of Physics]
卷期号:131 (16) 被引量:6
标识
DOI:10.1063/5.0085310
摘要

As a geometric property that cannot overlap with its mirror image, chirality is becoming more and more common in electronic structures. The recent discovery of chiral topological polar structures in artificial ferroelectric superlattices is not only of scientific importance but also holds promise for application in tunable frequency oscillators. Although the tubular chiral polarization vortex has been observed in PbTiO3/SrTiO3 superlattices, the conditions for its stability remain elusive. Here, we construct a temperature-strain phase diagram for the (PbTiO3)10/(SrTiO3)10 superlattices by using phase field simulation in which four domain states exist at different temperatures and misfit strains. It is found that the chiral polarization vortex appears only in a small range of misfit strain, elucidating the absence of chirality in most ferroelectric superlattices. The chiral polarization vortex is an intermediate state between the ordinary achiral polarization vortex and the mixed domain structure. In addition, by changing strain or temperature, chiral vortices can be reversibly transformed into achiral vortices, demonstrating its tunability. The present work provides theoretical guidance for creating the chiral vortex in ferroelectric superlattices.

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