| Title: | Dynamics of lattice disorder in perovskite materials, polarization nanoclusters and ferroelectric domain wall structures |
| Other Titles: | Dynamika neuspořádanosti krystalické mřížky v perovskitových materiálech, polarizační nanoklastry a struktury feroelektrických doménových stěn |
| Authors: | Očenášek, Jan Minár, Jan Alcalá, Jorge |
| Citation: | OČENÁŠEK, J. MINÁR, J. ALCALÁ, J. Dynamics of lattice disorder in perovskite materials, polarization nanoclusters and ferroelectric domain wall structures. NPJ COMPUTATIONAL MATERIALS, 2023, roč. 9, č. 1, s. nestránkováno. ISSN: 2057-3960 |
| Issue Date: | 2023 |
| Publisher: | Nature Research |
| Document type: | článek article |
| URI: | 2-s2.0-85163851599 http://hdl.handle.net/11025/53900 |
| ISSN: | 2057-3960 |
| Keywords: | perovskit;neuspořádanost;doménová stěna;polarizace |
| Keywords in different language: | perovskite;disorder;domain wall;polarization |
| Abstract: | Spojitost mezi klasickou feroelektricitou a strukturou perovskitových materiálů se odvíjí od konceptu mřížkové neuspořádanosti. Ačkoli uspořádané perovskity vykazují krátkodobé posuny centrálních kationtů kolem jejich rovnovážných bodů, mřížková neuspořádanost se dynamicky vyvíjí a vytváří nesčetné množství deformovaných kosočtverečných mřížek charakterizovaných přeskakováním centrálních kationtů ve směrech <111>. Zjistilo se, že mřížková neuspořádanost koreluje se vznikem minimálních konfiguračních energií <100> drah centrálních kationtů, což vede k prostorově modulovaným ultrarychlým polarizačním uspořádáním nanoklastrů, které jsou stabilizovány elektrickými nábojovými defekty v materiálu. Prostřednictvím analýz rozptylu fononů s vysokým rozlišením zahrnujících simulace molekulární dynamiky (MD) a teorie funkcionálu hustoty (DFT) poskytujeme jednoznačné důkazy spojující přeskakování centrálních kationtů s rozvojem difúzních měkkých fononových módů pozorovaných v průběhu fázových přechodů perovskitu. Prostřednictvím rozsáhlých MD simulací odhalujeme vliv mřížkové neuspořádanosti na struktury doménových stěn při konečné teplotě ve vztahu ke kolektivní aktivaci a deaktivaci <100> drah. Naše simulace dále ukazují vývoj hierarchických nanostruktur s morfotropní fázovou hranicí (MPB) pod kombinovaným vlivem externě aplikovaného tlaku a relaxace napětí, charakterizovaných náhlým vznikem klikatých monoklinických uspořádání, která zahrnují dvojí <111> posun centrálních kationtů. Tato zjištění mají význam pro přizpůsobení MPB v tenkovrstvých strukturách a pro světlem indukovanou mobilizaci DW. Závěrem jsou naznačeny cesty ke zkoumání mřížkové neuspořádanosti prostřednictvím postupné aplikace smykové deformace. |
| Abstract in different language: | The nexus between classic ferroelectricity and the structure of perovskite materials hinges on the concept of lattice disorder. Although the ordered perovskites display short-range displacements of the central cations around their equilibrium points, the lattice disorder dynamically unfolds to generate a myriad of distorted rhombohedral lattices characterized by the hopping of the central cations across <111> directions. It is discovered that the lattice disorder correlates with the emergence of minimum configuration energy <100> pathways for the central cations, resulting in spatially modulated ultrafast polarization nanocluster arrangements that are stabilized by the electric charge defects in the material. Through high-resolution phonon dispersion analyses encompassing molecular dynamics (MD) and density functional theory (DFT) simulations, we provide unequivocal evidence linking the hopping of central cations to the development of diffuse soft phonon modes observed throughout the phase transitions of the perovskite. Through massive MD simulations, we unveil the impact of lattice disorder on the structures of domain walls at finite-temperature vis-à-vis collective activation and deactivation of <100> pathways. Furthermore, our simulations demonstrate the development of hierarchical morphotropic phase boundary (MPB) nanostructures under the combined influence of externally applied pressure and stress relaxation, characterized by sudden emergence of zig-zagged monoclinic arrangements that involve dual <111> shifts of the central cations. These findings have implications for tailoring MPBs in thin-film structures and for the light-induced mobilization of DWs. Avenues are finally uncovered to the exploration of lattice disorder through gradual shear strain application. |
| Rights: | © The Author(s) |
| Appears in Collections: | Články / Articles (RAM) Články / Articles OBD |
Files in This Item:
| File | Size | Format | |
|---|---|---|---|
| OCENASEK_Dynamics of lattice disorder.pdf | 6,1 MB | Adobe PDF | View/Open |
Please use this identifier to cite or link to this item:
http://hdl.handle.net/11025/53900Items in DSpace are protected by copyright, with all rights reserved, unless otherwise indicated.