title: Temperature dependent ferroelectricity in strained KTaO3 considering anharmonic effect with machine learning force fields
Creators: name: Zhu, Yu
Publisher: name: :none
Year: 2025

description: Ferroelektrische Materialien sind eine Klasse von Dielektrika, die eine spontane Polarisation aufweisen, die unter einem äußeren elektrischen Feld umgekehrt werden kann. Die Entstehung ferroelektrischer Ordnung in quantenparaelektrischen Materialien ist ein Thema von erheblichem Interesse sowohl aus grundlegender als auch aus angewandter Sicht. Unter den verschiedenen untersuchten Strategien hat sich die epitaktische Spannung als wirksames Mittel zur Feinabstimmung der ferroelektrischen Polarisation in Materialien erwiesen. Im Fall von KTaO3 haben ab initio Berechnungen gezeigt, dass epitaktische Spannung einen ferroelektrischen Phasenübergang bewirken kann. Frühere theoretische Studien haben jedoch häufig anharmonische Effekte übersehen, die für eine genaue Beschreibung des Verhaltens von gespanntem KTaO3 wesentlich sind. In dieser Studie untersuchen wir systematisch die Auswirkungen von einachsiger und zweiachsiger Spannung in der Ebene im Bereich von 0% bis 1% auf reines KTaO3, um dessen Potenzial für die Induktion von Ferroelektrizität durch Aufbrechen der Inversionssymmetrie zu untersuchen. Durch die Integration von Berechnungen der Dichtefunktionaltheorie mit stochastischer selbstkonsistenter harmonischer Approximation, unterstützt durch maschinell gelernte Kraftfelder, erhalten wir genaue Strukturinformationen und dynamische Eigenschaften unter unterschiedlichen Spannungsbedingungen und berücksichtigen dabei anharmonische Effekte höherer Ordnung. Unsere Erkenntnisse liefern wertvolle Einblicke in die Rolle der Spannung bei der Stabilisierung der Ferroelektrizität in KTaO3 und bieten Orientierung für zukünftige experimentelle und theoretische Studien zu spannungstechnisch veränderten ferroelektrischen Materialien.
description: Ferroelectric materials are a class of dielectrics that exhibit spontaneous polarization, which can be reversed under an external electric field. The emergence of ferroelectric ordering in incipient ferroelectrics is a topic of considerable interest from both fundamental and applied perspectives. Among the various strategies explored, epitaxial strain has proven to be a powerful tool for tuning ferroelectric polarization in thin films. In the case of KTaO3, first principles calculations have suggested that epitaxial strain can drive a ferroelectric phase transition. However, previous theoretical studies have often overlooked anharmonic effects, which are essential for accurately describing the behavior of strained KTaO3. In this study, we systematically investigate the impact of in-plane uniaxial and biaxial strain, ranging from 0% to 1%, on pristine KTaO3 to explore its potential for ferroelectricity induction via inversion symmetry breaking. By integrating dendity functional theory calculations with stochastic self-consistent harmonic approximation assisted by on the fly machine learning force fields, we obtain accurate structural information and dynamical properties under varying strain conditions while incorporating higher-order anharmonic effects. Our findings provide valuable insights into the role of strain in stabilizing ferroelectricity in KTaO3, offering guidance for future experimental and theoretical studies on strain-engineered ferroelectric materials.