BaTiO3와 HfO2의 강유전성 구역 벽 부근 국소 전자 밴드 구조 연구

Abstract

강유전체는 외부 전기장에 따라 분극 방향이 결정되고 특정온도에서 자발 분극을 갖는 것이 특징이다. 자발 분극에 의해 다결정에서의 안정된 구역을 형성하기에 용이하며 서로 다른 분극 방향의 구역 사이의 경계인 구역 벽은 외부 전기장에 따라 이동하거나 스위칭하는 동역학적 성질을 가지고 있다. 이러한 성질을 이용하여 Nonvolatile ferroelectric memory, Ferroelectric field-effect transistor 등 미래지향적인 장치를 개발하기 위한 재료로 많이 연구되고 있다. 이 논문에서는 대표적인 perovskite 구조의 강유전체인 BaTiO3(공간군: P4mm)와 최근 실험적으로 도핑과 외부 작용을 통해 강유전상이 확인된 HfO2(공간군: Pca21 와 Pmn21)을 이용하여 두 구역 간의 분극의 방향이 180 ° 를 이루는 구역벽에 대하여 제일원리계산을 통해 전자 구조를 확인한다. 180° 구역벽을 가지는 구역을 형성함에 있어서 BaTiO3 의 경우 BaO 면과 TiO2 면이 가능하여 이에 따른 전자의 밴드 구조 변화를 확인할 것이며, HfO2 도 공간군 Pca21 과 Pmn21 각각의 구역을 통해 앞선 확인 과정을 통해 변화를 확인할 것이다. 마지막으로 이러한 변화가 구역 벽에 의한 변화인것인지를 이해하기 위해 구역 벽 주위의 원자들의 전자 분포를 비교한다.