The contribution of copper and indium cationic sublattices on polarization hysteresis loops in CuInP2S6 van der Waals ferrielectrics has been studied within the quantum anharmonic oscillator model that considers the ordering dynamics of Cu+ cations in the double-well local potential and displacive dynamics of In3+ cations in the three-well shaped potential. The multiple polarization states are manifested as single, double, and triple P(E) hysteresis loops. The triple loops originate from a field-induced ferrielectric to ferroelectric phase transition within a certain range of the phase diagram with continuous increase in the spontaneous polarization below the second-order transition from the paraelectric phase to the ferrielectric state.
REFERENCES
1.
V.
Maisonneuve
, V. B.
Cajipe
, A.
Simon
, R.
Von Der Muhll
, and J.
Ravez
, Phys. Rev. B
56
, 10860
(1997
). 2.
Y.
Fagot-Revurat
, X.
Bourdon
, F.
Bertran
, V. B.
Cajipe
, and D.
Malterre
, J. Phys. Condens. Matter
15
, 595
(2003
). 3.
A.
Dziaugys
, K.
Kelley
, J. A.
Brehm
, L.
Tao
, A.
Puretzky
, T.
Feng
, A.
O’Hara
, S.
Neumayer
, M.
Chyasnavichyus
, E. A.
Eliseev
, J.
Banys
, Yu.
Vysochanskii
, F.
Ye
, B. C.
Chakoumakos
, M. A.
Susner
, M. A.
McGuire
, S. V.
Kalinin
, P.
Ganesh
, N.
Balke
, S. T.
Pantelides
, A. N.
Morozovska
, and P.
Maksymovych
, Nat. Commun.
11
, 3623
(2020
). 4.
A.
Belianinov
, Q.
He
, A.
Dziaugys
, P.
Maksymovych
, E.
Eliseev
, A.
Borisevicch
, A.
Morozovska
, J.
Banys
, Y.
Vysochanskii
, and S. V.
Kalinin
, Nanolett.
15
, 3808
(2015
). 5.
F.
Liu
, L.
You
, K. L.
Seyler
, X.
Li
, P.
Yu
, J.
Lin
, X.
Wang
, J.
Zhou
, H.
Wang
, H.
He
, S. T.
Pantelides
, W.
Zhou
, P.
Sharma
, X.
Xu
, P. M.
Ajayan
, J.
Wang
, and Z.
Liu
, Nat. Commun.
7
, 12357
(2016
). 6.
Z.
Zhu
, X.
Chen
, W.
Li
, and J.
Qi
, Appl. Phys. Lett.
114
, 223102
(2019
). 7.
W.
Huang
, F.
Wang
, L.
Yin
, R.
Cheng
, Z.
Wang
, M. G.
Sendeku
, J.
Wang
, N.
Li
, Y.
Yao
, and J.
He
, Adv. Mater.
32
, 1908040
(2020
). 8.
X.
Wang
, P.
Yu
, Z.
Lei
, . Nat. Commun.
10
, 3037
(2019
). 9.
M.
Zhao
, G.
Gou
, X.
Ding
, and J.
Sun
, Nanoscale
12
, 12522
(2020
). 10.
M.
Si
, A. K.
Saha
, P.
Liao
, S.
Gao
, S. M.
Neumayer
, J.
Jian
, J.
Qin
, N.
Balke Wisinger
, Haiyan
Wang
, P.
Maksymovych
, W.
Wu
, S. K.
Gupta
, and P. D.
Ye
, ACS Nano
13
, 8760
(2019
). 11.
J. A.
Brehm
, S. M.
Neumayer
, L.
Tao
, A.
O’Hara
, M.
Chyasnavichus
, M. A.
Susner
, M. A.
McGuire
, S. V.
Kalinin
, S.
Jesse
, P.
Ganesh
, S. T.
Pantelides
, P.
Maksymovych
, and N.
Balke
, Nat. Mater.
19
, 43
(2020
). 12.
D.
Seleznev
, S.
Singh
, J.
Bonini
, K. M.
Rabe
, and D.
Vanderbilt
, “Cyclic ferroelectric switching and quantized charge transport in CuInP2S6
,” arXiv:2305.01182v1.13.
N.
Sivadas
, B. G.
Sumpter
, and P.
Ganesh
, “Scale-free switching of polarization in the layered ferroelectric material CuInP2S6
,” arXiv:2306.08714v1.14.
S.
Zhou
, L.
You
, A.
Chaturvedi
, S. A.
Morris
, J. S.
Herrin
, N.
Zhang
, A.
Abdelsamie
, Y.
Hu
, J.
Chen
, Y.
Zhou
, S.
Dong
, and J.
Wang
, Mater. Horiz.
7
, 263
(2019
). 15.
D.
Xu
, R.
Ma
, A.
Fu
, Z.
Guan
, N.
Zhong
, H.
Peng
, P.
Xiang
, and C.
Duan
, Nat. Commun.
12
, 655
(2021
). 16.
S. M.
Neumayer
, M.
Si
, J.
Li
, P.
Liao
, L.
Tao
, A.
O’Hara
, S. T.
Pantelides
, P. D.
Ye
, P.
Maksymovych
, and N.
Balke
, ACS Appl. Mater. Interfaces
14
, 3018
(2022
). 17.
Z.
Zhong
, S.
Wu
, X.
Li
, Z.
Wang
, Q.
Yang
, B.
Huang
, Y.
Chen
, X.
Wang
, T.
Lin
, H.
Shen
, X.
Meng
, M.
Wang
, W.
Shi
, J.
Wang
, J.
Chu
, and H.
Huang
, ASC Nano
17
, 12563
(2023
). 18.
D.
Rong
, C.
Tian
, J.
Xing
, Q.
Jin
, F.
Ma
, G.
Liu
, J.
Qiu
, C.
Zhao
, H.
Hao
, J.
Dong
, H.
Liu
, Y.
Shi
, and E.
Guo
, Appl. Phys. Lett.
122
, 181902
(2023
). 19.
J. R.
Reimers
, S. A.
Tawfik
, and M. J.
Ford
, Chem. Sci.
9
, 7620
(2018
). 20.
J.
Macutkevic
, J.
Banys
, R.
Grigalaitis
, and Yu.
Vysochanski
, Phys. Rev. B
78
, 064101
(2008
). 21.
V.
Samulionis
, J.
Banys
, and Yu.
Vysochanskii
, Ferroelectrics
379
, 69
(2009
). 22.
L.
You
, Y.
Zhang
, and J.
Wang
, Sci. Adv.
5
, eaav3780
(2019
). 23.
P.
Guranich
, V.
Shusta
, E.
Gerzanich
, A.
Slivka
, I.
Kuritsa
, and O.
Gomonnai
, J. Phys. Conf. Ser.
79
, 012009
(2007
). 24.
T.
Babuka
, K.
Glukhov
, Yu.
Vysochanskii
, and M.
Makowska-Janusik
, Phase Transitions
92
, 440
(2019
). 25.
S. N.
Neal
, S.
Singh
, X.
Fang
, C.
Won
, F.
Huang
, S.
Cheong
, K. M.
Rabe
, D.
Vanderbilt
, and J. L.
Musfeldt
, Phys. Rev. B
105
, 075151
(2022
). 26.
N.
Sivadas
, P.
Doak
, and P.
Ganesh
, Phys. Rev. Res.
4
, 013094
(2022
). 27.
Y.
Vysochanskii
, V.
Liubachko
, R.
Yevych
, K.
Glukhov
, A.
Kohutych
, V.
Hryts
, A.
Dziaugys
, and J.
Banys
, “Joint influence of indium and copper cation sublattices on the origin of ferrielectricity in 2D CuInP2S6,” in 2023 IEEE International Symposium on Applications of Ferroelectrics (ISAF)
, (IEEE, Cleveland, OH, 2023
), pp. 1–4. 28.
Yu.
Vysochanskii
, V.
Liubachko
, K.
Glukhov
, R.
Yevych
, A.
Kohutych
, V.
Hryts
, A.
Dziaugys
, and J.
Banys
, “Ordering/displacive ferrielectricity in 2D CuInP2S6
,” Accepted for publication in Ferroelectrics
(2023
). 29.
A. N.
Morozovska
, E. A.
Eliseev
, Y. M.
Vysochanskii
, V. V.
Khist
, and D. R.
Evans
, Phys. Rev. Mater.
6
, 124411
(2022
). 30.
A. N.
Morozovska
, E. A.
Eliseev
, M. E.
Yelisieiev
, Y. M.
Vysochanskii
, and Dean R.
Evans
, Phys. Rev. Appl.
19
, 054083
(2023
). 31.
Y.
Ishibashi
and Y.
Hidaka
, J. Phys. Soc. Jpn.
60
(5
), 1634
(1991
). 32.
M.
Iwata
and Y.
Ishibashi
, Ferroelectrics
503
, 7
(2016
). 33.
P.
Toledano
and M.
Guennou
, Phys. Rev. B
94
, 014107
(2016
). 34.
E. V.
Balashova
and A. K.
Tagantsev
, Phys. Rev. B
48
, 9979
(1993
). 35.
C. Y.
Lum
, K.-G.
Lim
, and K.-H.
Chew
, J. Phys. Condens. Matter
34
, 415702
(2022
). 36.
I.
Suzuki
and K.
Okada
, J. Phys. Soc. Jpn.
45
(4
), 1302
(1978
). 37.
R.
Yevych
, V.
Haborets
, M.
Medulych
, A.
Molnar
, A.
Kohutych
, A.
Dziaugys
, Ju.
Banys
, and Yu.
Vysochanskii
, Fiz. Nizk. Temp.
42
, 1477
(2016
) [Low Temp. Phys.
42, 1155 (2016)]. 38.
R.
Yevych
and M.
Medulych
, and Yu.
Vysochanskii
, Condens. Matter Phys.
21
, 23001
(2018
). 39.
W.
Selke
and J.
Oitmaa
, J. Phys. Condens. Matter
22
, 076004
(2010
). 40.
Sumedha
and S.
Mukherjee
, Phys. Rev. E
101
, 042125
(2020
). 41.
A. N.
Morozovska
, E. A.
Eliseev
, S. V.
Kalinin
, Yu.
Vysochanskii
, and P.
Maksymovych
, Phys. Rev. B
104
, 054102
(2021
). 42.
V.
Liubachko
, A.
Oleaga
, A.
Salazar
, A.
Kohutych
, and A.
Pogodin
, and Yu.
Vysochanskii
, Fiz. Nizk. Temp.
49
, 580
(2023
) [Low Temp. Phys.
49, 531 (2023)]. © 2024 Author(s). Published under an exclusive license by AIP Publishing.
2024
Author(s)
You do not currently have access to this content.