材料科学：脱分極を伴わない原子間結合強度の減少による光学フォノンの軟化

横波光学（TO）フォノンの軟化は、強誘電相転移の引き金となり得るもので、通常、長距離クーロン相互作用を短距離結合力よりも増強させることによって（例えば、ボルン有効電荷を増加させることにより）実現できる。しかしこれは、脱分極効果という問題を抱えており、それは、誘起される強誘電性が、高密度ナノスケールエレクトロニクスに向けたホスト材料のサイズ縮小によって抑制されるからである。今回我々は、岩塩構造の超ワイドバンドギャップBeOにおける異常な軟TOフォノンが主に、極めて小さなBeイオンの周囲に八面体状に配置された2つの隣接するOイオン間の電子雲の重なりによるクーロン斥力によって引き起こされる、Be–O結合の伸張による短距離結合相互作用の大幅な減少によって誘起されることを示し、TOフォノンの軟化を駆動する別の経路を提示する。我々はさらに、ひずみ誘起ペロブスカイトBaZrO₃と、格子不整合SiO₂/Si基板上にエピタキシャル成長させたHfO₂およびZrO₂超薄膜において、二軸ひずみ誘起により伸張した結合の短距離結合強度の低下によって駆動されるTOフォノンの軟化に起因する、ロバストな強誘電性の発現を実証する。これらの知見は、イオン半径の違い、ひずみ、ドーピング、格子変形を使用して化学結合を調整し、脱分極場のない超薄膜において強誘電性を増強することに関する統一的な理論の開発に光を当てるものである。

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