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    Kittel law and domain formation mechanism in PbTiO₃/SrTiO₃ superlattices

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    KittelLawDomain.pdf (1.877Mb)
    Identificadores
    URI: https://hdl.handle.net/10902/32040
    DOI: 10.1103/PhysRevB.107.174102
    ISSN: 1098-0121
    ISSN: 1550-235X
    ISSN: 2469-9950
    ISSN: 2469-9969
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    Autoría
    Gómez Ortiz, FernandoAutoridad Unican; Aramberri, Hugo; López Martín, Juan ManuelAutoridad Unican; García Fernández, Pablo (físico)Autoridad Unican; Íñiguez, Jorge; Junquera Quintana, Francisco JavierAutoridad Unican
    Fecha
    2023-05
    Derechos
    ©2023 American Physical Society
    Publicado en
    Physical Review B, 2023, 107(17), 174102
    Editorial
    American Physical Society
    Enlace a la publicación
    https://doi.org/10.1103/PhysRevB.107.174102
    Resumen/Abstract
    We report second-principles simulations on the structural and energetic properties of domains in (PbTiO₃)n/(SrTiO₃)n superlattices. For the explored layer thickness (n ranging between 8 and 16 unit cells) and lateral sizes of the domains, the most stable configuration corresponds to polar domains separated by a sequence of counter-rotating vortices (clockwise/counterclockwise) perpendicular to the stacking direction and acting as domain walls. The balance between the domain wall energy and the electrostatic energy yields to an optimal domain period ω that is proportional to the square root of the thickness of the PbTiO₃ layer, following the Kittel law. For a given lateral size of the simulation box, suboptimal domain structures (with a width larger than the one predicted by the Kittel law) can be obtained in a metastable form. However, at finite temperature, molecular dynamics simulations show the spontaneous change of periodicity, which implies the formation of new domains whose generation is initiated by the nucleation of vortices and antivortices at the interface between the SrTiO₃ and the PbTiO₃ layers. The vortices progressively elongate and eventually annihilate with the antivortices yielding the formation of new domains to comply with the Kittel law via defect recombination.
    Colecciones a las que pertenece
    • D29 Artículos [332]
    • D29 Proyectos de Investigación [257]
    • D52 Artículos [1337]
    • D52 Proyectos de investigación [424]

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