Изучение сегнетоэлектрического перехода в перовскитах на основе расчетов динамики решетки и молекулярно-динамического моделирования

• Автор: Мацко, Никита Леонидович
• Шифр специальности: 01.04.02
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 125 с. : ил.

Содержание
Введение
Глава 1. Обзор. Теории фазового перехода в сегнетоэлектри-ках. Модели динамики решетки перовскитов

1.1. Общие положения

1.2. Феноменологическая теория Ландау-Гинзбурга

1.3. Теория локального поля

1.4. Теория поляризуемости

1.5. Расчеты из "первых принципов"

1.6. Молекулярная динамика кристаллической решетки

1.7. Фазовый сегнетоэлектрический переход в перовскитах. Рассмот-

рение перехода типа смещения и перехода типа порядок-беспорядок

Глава 2. Вычисления в рамках феноменологической динамики решетки и расчетные модели
2.1. Общие положение теории динамики решетки
2.2. Модель точечного иона
2.3. Модель оболочек
2.4. Методика исследовании
Глава 3. Расчеты динамики решеток в гармоническом приближении соединений ВаТЮз, КМЬОз и РЪТЮз с помощью модели оболочек
3.1. Общие положения
3.2. Анизотропия мягкой моды в модели оболочек
3.3. Методы расчета. Используемая модель

3.4. Фононные спектры в ВаТЮз, КМЬОц и РЬТЮ3. Стабилизация мягкой моды
3.5. Диффузное рассеяние рентгеновских лучей
3.6. Выводы
Глава 4. Молекулярно-динамическое моделирование ВаТЮз .
4.1. Центральный пик неупругого рассеяния. Затухание мягкой моды. Экспериментальные данные
4.2. Молекулярно-динамическая модель ВаТгОз
4.3. Парная корреляционная функция одновременных смещений и диффузное рассеяние в молекулярной динамике
4.4. Динамический структурный фактор
4.5. Сопоставление результатов молекулярной динамики и гармонического приближения динамики решетки. Влияние ангармонического члена связи остов-оболочка на фононы в системе
4.6. Динамический структурный фактор в ВаТЮз. Распределение относительных смещений атомов
4.7. Выводы
Заключение
Литература
Приложение А. Параметры модели оболочек для кристаллов
Аг и М^О

Введение
Сегнетоэлектриками называются кристаллические диэлектрики, обладающие в определённом интервале температур спонтанной поляризацией, которая существенно изменяется под влиянием внешних воздействий. Наличие спонтанной поляризации, т. е. электрического дипольного момента в отсутствии электрического поля — отличительная особенность более широкого класса диэлектриков, называемых пироэлектриками. В отличие от других пироэлектриков, монокристаллические сегнетоэлектрики "податливы"по отношению к внешним воздействиям: величина и направление спонтанной поляризации могут сравнительно легко изменяться под действием электрического поля, упругих напряжений, при изменении температуры. В обычном пироэлектрическом кристалле изменение направления спонтанной поляризации связано с существенной перестройкой кристаллической решетки. Даже; если окончательный результат такой перестройки и был бы энергетически выгодным, его осуществелние все равно может оказаться невозможным, так как это требовало бы преодоления очень высоких энергетических барьеров. В отличие от других пироэлектриков, спонтанная поляризация сегнетоэлектри-ков связана с небольшими смещениями ионов по отношению к их положениям в неполяризованном кристалле.
Впервые сегнетоэлектричество было открыто в сегнетовой соли в 1920 г. До 1943 г. считалось, что содержание водорода в известных сегнетоэлектри-ках является непременным условием сегнетоэлектричества. Однако после открытия в 1945 г. сегнетоэлектричества в титанате бария ВаТгОз стало ясно, что наличие или отсутствие атомов водорода несущественно для сегнетоэлектричества. Выяснилось также, что явление сегнетоэлектричества распространено значительно шире, чем было принято считать ранее. В частности, оно
действительные функции, то поляризация будет равна нулю. Электронная плотность же. по общему мнению, определяется модулем волновой функции и не зависит от ее фазы. В действительности ситуация не так проста. Периодическая плотность в кристалле также имеет на самом деле некоторую фазу, зависящую от граничных условий (см. [65])
Основной изъян приближения локальной плотности (ПЛП) в применении к перовскитам состоит в систематическом занижении равновесного объема и, следовательно, плохой оценки свойств, зависящих от данного объема элементарной ячейки. В таких соединениях как ВаТЮз и К МЬОз сегне-тоэлектричество оказывается сильно подавлено для равновесного объема в ПЛП. Применение обобщенного градиентного приближения (ОГП) в ВаТЮз и КМЪОз дает равновесный объем уже больше экспериментальных данных. В то же время ОГП в ВаТЮз и КЫЪОз дает результат ближе к эксперименту, чем ПЛП. На рис. 1.3 приведены значения параметров ячейки и модулей всестороннего сжатия из ПЛП, ОГА и эксперимента ([66]).
Ы)А СОА Ехрепшеп!
КМЬОз а 7.48 7.63 7.
В 206(155) 171(186)
ВаТЮз а 7x14 7.61 7.
В 195(155) 160(173)
БгТЮз а 7.30 7.46 7.
В 204(176) 167(194)
КТаОз а 7.475 7.625 7.
В 222(192) 183(213)
Рис. 1.3. Параметры решетки а (в атом.ед.) и модули всестороннего сжатия В (в ГПа) из расчетов ПЛЩЬБА), ОГП(ССА) и эксперимента. В скобках - модули всестороннего сжатия, посчитанные для экспериментального параметра решетки.
Равновесные объемы из ПЛП расчетов на 4.3%, 5%, 2.3%, 2% меньше экспериментальных значений для КЫЪОз, ВаТЮз, БгТЮз, КТаОз соот-