近期，我实验室陶小马教授研究团队在新型高性能材料团队在铪基铁电薄膜研究中取得进展，利用第一性原理计算的方式研究了氧化铪薄膜的相变行为、缺陷间的相互作用，以及掺杂方法等问题。相关工作已经有2篇发表在《Applied Physics Letters》上，1篇发表在《Journal of Applied Physics》上，1篇发表在《Journal of Solid State Chemistry》上。这些工作获得国家自然科学基金的资助。

论文1题目：Effective control of oxygen defects by co-doping of ferroelectric HfO₂

论文1链接：https://doi.org/10.1063/5.0166230

论文2题目：Improvement of ferroelectric phase fraction in HfO₂via La-containing co-doping method

论文2链接：https://doi.org/10.1063/5.0190459

论文3题目：Phase fraction of ferroelectric Hf_0.5Zr_0.5O₂film regulated by the co-action of Ce doping and oxygen defects: First principles study

论文3链接：https://doi.org/10.1063/5.0164147

论文4题目：Effect of Ce doping on ferroelectric HfO₂from first-principles: Implications for ferroelectric thin films and phase regulation

论文4链接：https://doi.org/10.1016/j.jssc.2023.124316

作者：田雨水（硕士生）、周宇璐（助理教授）、赵妙（副研究员）、欧阳义芳（教授）、陶小马^*（通讯作者）

氧化铪（HfO₂）是一种新型的铁电材料，由于它能够在较低薄膜厚度下维持较强的铁电性，而有望打破传统钙钛矿基铁电材料的尺寸限制；并且也与传统的CMOS工艺相兼容，因此受到了广泛的关注。但是HfO₂的薄膜在制备过程中存在着复杂的相变过程，相变的动力学机制尚不明确；并且针对提升HfO₂铁电性的方法之一的掺杂的研究也缺乏微观层面的分析。

针对这些问题展开研究后，首次发现仅由离子调控引起的由立方相到铁电相的相变行为（图1），并且首次提出在氧化铪中采用共掺杂方式调控其铁电性（图2），并对常见的掺杂方式进行了筛选（图3），在进行研究的过程中对背后的物理机制也进行了解释。这些研究为HfO₂中掺杂以及相变的研究提供参考，为某些现象背后的机制提供洞见。

图1.由缺陷情况、掺杂浓度，以及掺杂种类共同影响的立方相的相变过程

图2.单一掺杂与共掺杂对铁电极化理论值的影响

图3.稀土元素参与的共掺杂方式筛选