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凝聚态物理 > 材料科学

arXiv:2412.00287 (cond-mat)
[提交于 2024年11月29日 ]

标题: 非极性半导体中可极化切换的电导率各向异性理论

标题: Theory of polarization-switchable electrical conductivity anisotropy in nonpolar semiconductors

Authors:Hong Jian Zhao, Yanchao Wang, Laurent Bellaiche, Yanming Ma
摘要: 粒子的各向异性传播是固态物理中的基本输运现象。 对于晶体半导体而言,各向异性电荷输运为电子器件的设计提供了新的途径,其中各向异性电阻的电操控提供了必要的保障。 受各向异性磁阻概念的启发,我们发展了一种关于可电操控各向异性电阻的新理论。 我们表明,当获得电极化时,非极性半导体可以在两个垂直方向上表现出各向异性的电导率,且电导率各向异性(ECA)可通过翻转极化来切换。 通过对称性分析,我们确定了几类具有可切换极化的ECA的点群。 这些点群同时能够在特定方向上实现由极化反转引起的电导率变化,类似于铁电隧道结中的隧穿电阻效应。 基于第一性原理的电导率计算预测,AlP和NaSrP是两种具有这种奇特电荷输运性质的良好材料。 我们的理论可以激发有趣各向异性电子器件(例如各向异性忆阻器和场效应晶体管)的设计。
摘要: The anisotropic propagation of particles is a fundamental transport phenomenon in solid state physics. As for crystalline semiconductors, the anisotropic charge transport opens novel designing routes for electronic devices, where the electrical manipulation of anisotropic resistance provides essential guarantees. Motivated by the concept of anisotropic magnetoresistance, we develop an original theory on the electrically manipulatable anisotropic electroresistance. We show that when gaining electric polarization, nonpolar semiconductors can showcase anisotropic electrical conductivities between two perpendicular directions and the electrical conductivity anisotropy (ECA) is switchable by flipping the polarization. By symmetry analysis, we identify several point groups hosting the polarization-switchable ECA. These point groups simultaneously enable polarization-reversal induced conductivity change along specific directions, akin to the tunnelling electroresistance in ferroelectric tunnel junctions. First-principles-based conductivity calculations predict that AlP and NaSrP are two good materials having such exotic charge transport. Our theory can motivate the design of intriguing anisotropic electronic devices (e.g., anisotropic memristor and field effect transistor).
主题: 材料科学 (cond-mat.mtrl-sci)
引用方式: arXiv:2412.00287 [cond-mat.mtrl-sci]
  (或者 arXiv:2412.00287v1 [cond-mat.mtrl-sci] 对于此版本)
  https://doi.org/10.48550/arXiv.2412.00287
通过 DataCite 发表的 arXiv DOI

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来自: Hongjian Zhao [查看电子邮件]
[v1] 星期五, 2024 年 11 月 29 日 23:41:16 UTC (1,904 KB)
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