Kinetic Monte Carlo simulations of organic ferroelectrics

文献情報

出版日 2018-12-18
DOI 10.1039/C8CP06716C
インパクトファクター 3.676
著者

Tim D. Cornelissen, Michal Biler, Indre Urbanaviciute, Patrick Norman, Martijn Kemerink


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要旨

Ferroelectrics find broad applications, e.g. in non-volatile memories, but the switching kinetics in real, disordered, materials is still incompletely understood. Here, we develop an electrostatic model to study ferroelectric switching using 3D Monte Carlo simulations. We apply this model to the prototypical small molecular ferroelectric trialkylbenzene-1,3,5-tricarboxamide (BTA) and find good agreement between the Monte Carlo simulations, experiments, and molecular dynamics studies. Since the model lacks any explicit steric effects, we conclude that these are of minor importance. While the material is shown to have a frustrated antiferroelectric ground state, it behaves as a normal ferroelectric under practical conditions due to the large energy barrier for switching that prevents the material from reaching its ground state after poling. We find that field-driven polarization reversal and spontaneous depolarization have orders of magnitude different switching kinetics. For the former, which determines the coercive field and is relevant for data writing, nucleation occurs at the electrodes, whereas for the latter, which governs data retention, nucleation occurs at disorder-induced defects. As a result, by reducing the disorder in the system, the polarization retention time can be increased dramatically while the coercive field remains unchanged.

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掲載誌

Physical Chemistry Chemical Physics

Physical Chemistry Chemical Physics
CiteScore: 5.5
自己引用率: 10.3%
年間論文数: 3036

Physical Chemistry Chemical Physics (PCCP) is an international journal co-owned by 19 physical chemistry and physics societies from around the world. This journal publishes original, cutting-edge research in physical chemistry, chemical physics and biophysical chemistry. To be suitable for publication in PCCP, articles must include significant innovation and/or insight into physical chemistry; this is the most important criterion that reviewers and Editors will judge against when evaluating submissions. The journal has a broad scope and welcomes contributions spanning experiment, theory, computation and data science. Topical coverage includes spectroscopy, dynamics, kinetics, statistical mechanics, thermodynamics, electrochemistry, catalysis, surface science, quantum mechanics, quantum computing and machine learning. Interdisciplinary research areas such as polymers and soft matter, materials, nanoscience, energy, surfaces/interfaces, and biophysical chemistry are welcomed if they demonstrate significant innovation and/or insight into physical chemistry. Joined experimental/theoretical studies are particularly appreciated when complementary and based on up-to-date approaches.

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