Polarization Switching and Correlated Phase Transitions in Fluorite-Structure ZrO
ZrO2 thin films
antiferroelectricity
ferroelectricity
phase transitions
Journal
Advanced materials (Deerfield Beach, Fla.)
ISSN: 1521-4095
Titre abrégé: Adv Mater
Pays: Germany
ID NLM: 9885358
Informations de publication
Date de publication:
Jul 2023
Jul 2023
Historique:
revised:
09
04
2023
received:
24
08
2022
medline:
17
7
2023
pubmed:
13
4
2023
entrez:
12
4
2023
Statut:
ppublish
Résumé
Unconventional ferroelectricity in fluorite-structure oxides enables tremendous opportunities in nanoelectronics owing to their superior scalability and silicon compatibility. However, their polarization order and switching process remain elusive due to the challenges of visualizing oxygen ions in nanocrystalline films. In this work, the oxygen shifting during polarization switching and correlated polar-nonpolar phase transitions are directly captured among multiple metastable phases in freestanding ZrO
Identifiants
pubmed: 37044111
doi: 10.1002/adma.202207736
doi:
Substances chimiques
Oxides
0
Oxygen
S88TT14065
Types de publication
Journal Article
Langues
eng
Sous-ensembles de citation
IM
Pagination
e2207736Subventions
Organisme : National Key R&D Program of China
ID : 2019YFA0308500
Organisme : National Key R&D Program of China
ID : 2017YFA0303604
Organisme : Beijing Natural Science Foundation
ID : Z190010
Organisme : Strategic Priority Research Program of the Chinese Academy of Sciences
ID : XDB07030200
Organisme : National Natural Science Foundation of China
ID : 51991344
Organisme : National Natural Science Foundation of China
ID : 52072400
Organisme : National Natural Science Foundation of China
ID : 52025025
Organisme : National Natural Science Foundation of China
ID : 12074416
Organisme : National Natural Science Foundation of China
ID : 12222414
Organisme : Youth Innovation Promotion Association of CAS
ID : Y2022003
Informations de copyright
© 2023 Wiley-VCH GmbH.
Références
a) T. S. Böscke, J. Müller, D. Bräuhaus, U. Schröder, U. Böttger, Appl. Phys. Lett. 2011, 99, 102903;
b) T. Mikolajick, U. Schroeder, M. H. Park, Appl. Phys. Lett. 2021, 118, 180402;
c) M. H. Park, Y. H. Lee, T. Mikolajick, U. Schroeder, C. S. Hwang, MRS Commun. 2018, 8, 795.
a) M. Dawber, K. M. Rabe, J. F. Scott, Rev. Mod. Phys. 2005, 77, 1083;
b) C. H. Ahn, K. M. Rabe, J.-M. Triscone, Science 2004, 303, 488;
c) J. Junquera, P. Ghosez, Nature 2003, 422, 506.
T. Ali, D. Lehninger, M. Lederer, S. Li, K. Kühnel, C. Mart, K. Mertens, R. Hoffmann, R. Olivo, J. Emara, K. Biedermann, J. Metzger, R. Binder, M. Czernohorsky, T. Kämpfe, J. Müller, K. Seidel, L. M. Eng, Adv. Electron. Mater. 2022, 8, 2100837.
a) S. S. Cheema, D. Kwon, N. Shanker, R. dos Reis, S.-L. Hsu, J. Xiao, H. Zhang, R. Wagner, A. Datar, M. R. McCarter, C. R. Serrao, A. K. Yadav, G. Karbasian, C.-H. Hsu, A. J. Tan, L.-C. Wang, V. Thakare, X. Zhang, A. Mehta, E. Karapetrova, R. V. Chopdekar, P. Shafer, E. Arenholz, C. Hu, R. Proksch, R. Ramesh, J. Ciston, S. Salahuddin, Nature 2020, 580, 478;
b) Y. Wei, P. Nukala, M. Salverda, S. Matzen, H. J. Zhao, J. Momand, A. S. Everhardt, G. Agnus, G. R. Blake, P. Lecoeur, B. J. Kooi, J. Íñiguez, B. Dkhil, B. Noheda, Nat. Mater. 2018, 17, 1095;
c) H.-J. Lee, M. Lee, K. Lee, J. Jo, H. Yang, Y. Kim, S. C. Chae, U. Waghmare, J. H. Lee, Science 2020, 369, 1343;
d) H. Zhong, M. Li, Q. Zhang, L. Yang, R. He, F. Liu, Z. Liu, G. Li, Q. Sun, D. Xie, F. Meng, Q. Li, M. He, E.-j. Guo, C. Wang, Z. Zhong, X. Wang, L. Gu, G. Yang, K. Jin, P. Gao, C. Ge, Adv. Mater. 2022, 34, 2109889.
W. Ding, Y. Zhang, L. Tao, Q. Yang, Y. Zhou, Acta Mater. 2020, 196, 556.
a) S. Das, Y. L. Tang, Z. Hong, M. A. P. Gonçalves, M. R. McCarter, C. Klewe, K. X. Nguyen, F. Gómez-Ortiz, P. Shafer, E. Arenholz, V. A. Stoica, S. L. Hsu, B. Wang, C. Ophus, J. F. Liu, C. T. Nelson, S. Saremi, B. Prasad, A. B. Mei, D. G. Schlom, J. Íñiguez, P. García-Fernández, D. A. Muller, L. Q. Chen, J. Junquera, L. W. Martin, R. Ramesh, Nature 2019, 568, 368;
b) Y. L. Tang, Y. L. Zhu, X. L. Ma, A. Y. Borisevich, A. N. Morozovska, E. A. Eliseev, W. Y. Wang, Y. J. Wang, Y. B. Xu, Z. D. Zhang, S. J. Pennycook, Science 2015, 348, 547;
c) S. Das, Z. Hong, V. A. Stoica, M. A. P. Gonçalves, Y. T. Shao, E. Parsonnet, E. J. Marksz, S. Saremi, M. R. McCarter, A. Reynoso, C. J. Long, A. M. Hagerstrom, D. Meyers, V. Ravi, B. Prasad, H. Zhou, Z. Zhang, H. Wen, F. Gómez-Ortiz, P. García-Fernández, J. Bokor, J. Íñiguez, J. W. Freeland, N. D. Orloff, J. Junquera, L. Q. Chen, S. Salahuddin, D. A. Muller, L. W. Martin, R. Ramesh, Nat. Mater. 2021, 20, 194;
d) Q. Li, V. A. Stoica, M. Paściak, Y. Zhu, Y. Yuan, T. Yang, M. R. McCarter, S. Das, A. K. Yadav, S. Park, C. Dai, H. J. Lee, Y. Ahn, S. D. Marks, S. Yu, C. Kadlec, T. Sato, M. C. Hoffmann, M. Chollet, M. E. Kozina, S. Nelson, D. Zhu, D. A. Walko, A. M. Lindenberg, P. G. Evans, L.-Q. Chen, R. Ramesh, L. W. Martin, V. Gopalan, J. W. Freeland, et al., Nature 2021, 592, 376;
e) B. Han, R. Zhu, X. Li, M. Wu, R. Ishikawa, B. Feng, X. Bai, Y. Ikuhara, P. Gao, Phys. Rev. Lett. 2021, 126, 225702.
D. H. Lee, Y. Lee, K. Yang, J. Y. Park, S. H. Kim, P. R. S. Reddy, M. Materano, H. Mulaosmanovic, T. Mikolajick, J. L. Jones, U. Schroeder, M. H. Park, Appl. Phys. Rev. 2021, 8, 021312.
a) S. Clima, D. J. Wouters, C. Adelmann, T. Schenk, U. Schroeder, M. Jurczak, G. Pourtois, Appl. Phys. Lett. 2014, 104, 092906;
b) K. Z. Rushchanskii, S. Blügel, M. Ležaić, Phys. Rev. Lett. 2021, 127, 087602;
c) Y. Qi, K. M. Rabe, Phys. Rev. B 2020, 102, 214108;
d) A. Lai, C. A. Schuh, Phys. Rev. Lett. 2021, 126, 015701.
a) J. Muller, T. S. Boscke, U. Schroder, S. Mueller, D. Brauhaus, U. Bottger, L. Frey, T. Mikolajick, Nano Lett. 2012, 12, 4318;
b) C. Palade, A.-M. Lepadatu, A. Slav, O. Cojocaru, A. Iuga, V. A. Maraloiu, A. Moldovan, M. Dinescu, V. S. Teodorescu, T. Stoica, M. L. Ciurea, J. Mater. Chem. C 2021, 9, 12353;
c) T. Schenk, C. M. Fancher, M. H. Park, C. Richter, C. Künneth, A. Kersch, J. L. Jones, T. Mikolajick, U. Schroeder, Adv. Electron. Mater. 2019, 5, 1900303;
d) R. Materlik, C. Künneth, M. Falkowski, T. Mikolajick, A. Kersch, J. Appl. Phys. 2018, 123, 164101.
S. E. Reyes-Lillo, K. F. Garrity, K. M. Rabe, Phys. Rev. B 2014, 90, 140103.
a) Y. H. Lee, S. D. Hyun, H. J. Kim, J. S. Kim, C. Yoo, T. Moon, K. D. Kim, H. W. Park, Y. B. Lee, B. S. Kim, J. Roh, M. H. Park, C. S. Hwang, Adv. Electron. Mater. 2019, 5, 1800436;
b) M. H. Park, C.-C. Chung, T. Schenk, C. Richter, M. Hoffmann, S. Wirth, J. L. Jones, T. Mikolajick, U. Schroeder, Adv. Electron. Mater. 2018, 4, 1700489.
a) P. D. Lomenzo, M. Materano, T. Mittmann, P. Buragohain, A. Gruverman, T. Kiguchi, T. Mikolajick, U. Schroeder, Adv. Electron. Mater. 2022, 8, 2100556;
b) R. Batra, T. D. Huan, J. L. Jones, G. Rossetti, R. Ramprasad, J. Phys. Chem. C 2017, 121, 4139.
D.-H. Choe, S. Kim, T. Moon, S. Jo, H. Bae, S.-G. Nam, Y. S. Lee, J. Heo, Mater. Today 2021, 50, 8.
a) P. Nukala, M. Ahmadi, Y. Wei, S. de Graaf, E. Stylianidis, T. Chakrabortty, S. Matzen, H. W. Zandbergen, A. Björling, D. Mannix, D. Carbone, B. Kooi, B. Noheda, Science 2021, 372, 630;
b) S. Estandía, N. Dix, M. F. Chisholm, I. Fina, F. Sánchez, Cryst. Growth Des. 2020, 20, 3801.
a) S. J. Pennycook, L. A. Boatner, Nature 1988, 336, 565;
b) S. D. Findlay, N. Shibata, H. Sawada, E. Okunishi, Y. Kondo, Y. Ikuhara, Ultramicroscopy 2010, 110, 903.
a) S. Cheema Suraj, N. Shanker, S.-L. Hsu, Y. Rho, C.-H. Hsu, A. Stoica Vladimir, Z. Zhang, W. Freeland John, P. Shafer, P. Grigoropoulos Costas, J. Ciston, S. Salahuddin, Science 2022, 376, 648;
b) S. S. Cheema, N. Shanker, L.-C. Wang, C.-H. Hsu, S.-L. Hsu, Y.-H. Liao, M. San Jose, J. Gomez, W. Chakraborty, W. Li, J.-H. Bae, S. K. Volkman, D. Kwon, Y. Rho, G. Pinelli, R. Rastogi, D. Pipitone, C. Stull, M. Cook, B. Tyrrell, V. A. Stoica, Z. Zhang, J. W. Freeland, C. J. Tassone, A. Mehta, G. Saheli, D. Thompson, D. I. Suh, W.-T. Koo, K.-J. Nam, et al., Nature 2022, 604, 65;
c) B.-T. Lin, Y.-W. Lu, J. Shieh, M.-J. Chen, J. Eur. Ceram. Soc. 2017, 37, 1135.
a) T. Song, H. Tan, N. Dix, R. Moalla, J. Lyu, G. Saint-Girons, R. Bachelet, F. Sánchez, I. Fina, ACS Appl. Electron. Mater. 2021, 3, 2106;
b) S.-H. Yi, B.-T. Lin, T.-Y. Hsu, J. Shieh, M.-J. Chen, J. Eur. Ceram. Soc. 2019, 39, 4038;
c) S. Shibayama, T. Nishimura, S. Migita, A. Toriumi, in 2018 IEEE 2nd Electron Devices Technology and Manufacturing Conference (EDTM), IEEE, Kobe, Japan 2018, 116;
d) N. Tasneem, M. M. Islam, Z. Wang, H. Chen, J. Hur, D. Triyoso, S. Consiglio, K. Tapily, R. Clark, G. Leusink, S. Yu, W. Chern, A. Khan, IEEE Electron Device Lett. 2021, 42, 1156;
e) K.-W. Huang, S.-H. Yi, Y.-S. Jiang, W.-C. Kao, Y.-T. Yin, D. Beck, V. Korolkov, R. Proksch, J. Shieh, M.-J. Chen, Acta Mater. 2021, 205, 116536.
a) I. Lazic, E. G. T. Bosch, S. Lazar, Ultramicroscopy 2016, 160, 265;
b) B. Shen, X. Chen, K. Shen, H. Xiong, F. Wei, Nat. Commun. 2020, 11, 2692;
c) A. Kumar, J. N. Baker, P. C. Bowes, M. J. Cabral, S. Zhang, E. C. Dickey, D. L. Irving, J. M. LeBeau, Nat. Mater. 2020, 20, 62.
P. L. Galindo, S. Kret, A. M. Sanchez, J.-Y. Laval, A. Yáñez, J. Pizarro, E. Guerrero, T. Ben, S. I. Molina, Ultramicroscopy 2007, 107, 1186.
Q. Zhang, L. Y. Zhang, C. H. Jin, Y. M. Wang, F. Lin, Ultramicroscopy 2019, 202, 114.
R. He, H. Wu, S. Liu, H. Liu, Z. Zhong, Phys. Rev. B 2021, 104, L180102.
a) M. Tian, L. Xu, Y. Yang, Adv. Electron. Mater. 2022, 8, 2101409;
b) U. Schroeder, M. H. Park, T. Mikolajick, C. S. Hwang, Nat. Rev. Mater. 2022, 7, 670.
a) M. H. Park, C. S. Hwang, Rep. Prog. Phys. 2019, 82, 124502;
b) G. Jomard, T. Petit, A. Pasturel, L. Magaud, G. Kresse, J. Hafner, Phys. Rev. B 1999, 59, 4044.
a) Y. Zhu, H. Ning, Z. Yu, Q. Pan, C. Zhang, C. Luo, X. Tu, Y. You, P. Wang, X. Wu, Y. Shi, X. Wang, Adv. Electron. Mater. 2019, 5, 1900554;
b) Y. Cheng, Z. Gao, K. H. Ye, H. W. Park, Y. Zheng, Y. Zheng, J. Gao, M. H. Park, J.-H. Choi, K.-H. Xue, C. S. Hwang, H. Lyu, Nat. Commun. 2022, 13, 645;
c) E. D. Grimley, T. Schenk, T. Mikolajick, U. Schroeder, J. M. LeBeau, Adv. Mater. Interfaces 2018, 5, 1701258.
a) M. Pešić, F. P. G. Fengler, L. Larcher, A. Padovani, T. Schenk, E. D. Grimley, X. Sang, J. M. LeBeau, S. Slesazeck, U. Schroeder, T. Mikolajick, Adv. Funct. Mater. 2016, 26, 4601;
b) E. D. Grimley, T. Schenk, X. Sang, M. Pešić, U. Schroeder, T. Mikolajick, J. M. LeBeau, Adv. Electron. Mater. 2016, 2, 1600173.
N. Jiang, Rep. Prog. Phys. 2015, 79, 016501.
a) J. Wei, B. Feng, R. Ishikawa, T. Yokoi, K. Matsunaga, N. Shibata, Y. Ikuhara, Nat. Mater. 2021, 20, 951;
b) B. Shen, X. Chen, H. Wang, H. Xiong, E. G. T. Bosch, I. Lazić, D. Cai, W. Qian, S. Jin, X. Liu, Y. Han, F. Wei, Nature 2021, 592, 541.
a) Z. Liu, B.-X. Xu, Scripta Mater. 2020, 186, 136;
b) T. Ma, Z. Fan, B. Xu, T.-H. Kim, P. Lu, L. Bellaiche, M. J. Kramer, X. Tan, L. Zhou, Phys. Rev. Lett. 2019, 123, 217602;
c) R. G. Burkovsky, Phys. Rev. B 2018, 97, 184109;
d) H. He, X. Tan, Phys. Rev. B 2005, 72, 024102.
K. Patel, S. Prosandeev, Y. Yang, B. Xu, J. Íñiguez, L. Bellaiche, Phys. Rev. B 2016, 94, 054107.