Repositorio
Institucional

Reyes-Lillo, Sebastian E.

Intrinsic inverse band gap versus polarization relation in ferroelectric materials

AMER PHYSICAL SOC

PHYSICAL REVIEW MATERIALS

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Ferroelectric materials have promising applications in solar-energy conversion and electro-optic devices. The internal gradient fields produced by the macroscopic polarization may improve electronic and transport semiconducting properties. However, ferroelectrics tend to display relatively large band gaps and hence low solar-energy conversion efficiencies. In this work, we explore materials with an intrinsic inverse relation between band gap and polarization in a single ferroelectric phase. Ferroelectrics with an inverse band gap versus polarization relation are characterized by low density of states contribution at the conduction states and negligible orbital hybridization at the valence states. We use high-throughput and first principles methods to find 15 ferroelectric materials with an inverse band gap versus polarization relation in the Materials Project database. Our work provides a new pathway to design small-band gap large-polarization ferroelectrics, by simultaneously tailoring the band gap and polarization of ferroelectrics with an inverse relation through an external tuning parameter.Los materiales ferroeléctricos presentan aplicaciones prometedoras en la conversión de energía solar y en dispositivos electroópticos. Los campos de gradiente internos generados por la polarización macroscópica pueden mejorar las propiedades semiconductoras electrónicas y de transporte. Sin embargo, los ferroeléctricos tienden a presentar brechas de banda relativamente grandes y, por lo tanto, bajas eficiencias de conversión de energía solar. En este trabajo, exploramos materiales con una relación inversa intrínseca entre la brecha de banda y la polarización en una única fase ferroeléctrica. Los ferroeléctricos con una relación inversa entre la brecha de banda y la polarización se caracterizan por una baja contribución de la densidad de estados en los estados de conducción y una hibridación orbital despreciable en los estados de valencia. Utilizamos métodos de alto rendimiento y de primeros principios para encontrar 15 materiales ferroeléctricos con una relación inversa entre la brecha de banda y la polarización en la base de datos del Materials Project. Nuestro trabajo proporciona una nueva vía para diseñar ferroeléctricos de baja brecha de banda y alta polarización, ajustando simultáneamente la brecha de banda y la polarización de los ferroeléctricos con una relación inversa mediante un parámetro de ajuste externo.

artículo original

10.1103/PhysRevMaterials.9.034403

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WOS:001464979800005

Intrinsic inverse band gap versus polarization relation in ferroelectric materials

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AMER PHYSICAL SOC

PHYSICAL REVIEW MATERIALS

Materials Science, Multidisciplinary

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2475-9953

ANID FONDECYT Regular#Ministry of Education of Chile#National Laboratory for High Performance Computing Chile

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