Кинетика доменной структуры при переключении поляризации в ниобате лития и ниобате бария-стронция с использованием наночастиц серебра, золота и оксида меди, полученных лазерной абляцией в жидкости

• Автор: Тюрнина, Анастасия Евгеньевна
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2014
• Место защиты: Екатеринбург
• Количество страниц: 163 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР

1.1. Основные свойства и применение наночастиц

1.2. Получение коллоидных растворов методом лазер] юй абляции

1.2.1. Механизм лазерной абляции в жидкости

1.2.2. Заряд наночастиц при лазерной абляции

1.2.3. Особенности лазерной абляции серебра и золота

1.2.4. Особенности лазерной абляции меди

1.3. Фрагментация коллоидных растворов

1.4. Сегнетоэлектрики
1.4.1. Кинетика доменной структуры
1.4.2. Внешнее и внутреннее экранирование деполяризующего поля
1.5. Методы исследования доменной структуры
1.5.1. Локальные методы
1.5.2. Интегральные методы
1.6. Одноосный сегнетоэлектрик ниобат лития
1.6.1. Основные физические свойства
1.6.2. Доменная структура
1.7. Релаксорный сегнетоэлектрик ниобат бария-стронция
1.7.1. Основные физические свойства
1.7.2. Доменная структура
1.8. Краткие выводы
ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ
ГЛАВА 2. ИССЛЕДУЕМЫЕ МАТЕРИАЛЫ, ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ УСТАНОВКИ И ) МЕТОДИКИ ЭКСПЕРИМЕНТОВ
2.1. Исследуемые образцы
2.1.1. Пластины серебра, золота и меди
2.1.2. Нанопророшок Си+СиО
2.1.3. Монокристаллы ниобата бария-стронция
2.1.4. Монокристаллы ниобата лития
2.2. Экспериментальные установки и методики
2.2.1. Лазерная абляция металлической мишени в воде
2.2.2. Фрагментация коллоидного раствора
2.2.3. Измерение токов переключения с визуализацией доменной структуры
2.3. Измерение параметров наночастиц и коллоидного раствора
2.3.1. Динамическое рассеяние света
2.3.2. Сканирующая электронная микроскопия
2.3.3. Оптическая спектроскопия
2.3.4. Конфокальная микроскопия комбинационного рассеяния
2.4. Исследование доменной структуры
2.4.1. Оптическая микроскопия
2.4.2. Силовая микроскопия пьезоэлектрического отклика
2.5. Краткие выводы
ГЛАВА 3. СИНТЕЗ КОЛЛОИДНЫХ РАСТВОРОВ СЕРЕБРА
3.1. Лазерная абляция
3.2. Влияние фрагментации
3.3. Увеличение концентрации коллоидного раствора
3.4. Краткие выводы
ГЛАВА 4. СИНТЕЗ КОЛЛОИДНЫХ РАСТВОРОВ ЗОЛОТА
4.1 Лазерная абляция
4.2 Первичная фрагментация
4.3 Увеличение концентрации коллоидного раствора
4.4 Вторичная фрагментация
4.5 Краткие выводы
ГЛАВА 5. СИНТЕЗ КОЛЛОИДНЫХ РАСТВОРОВ ОКСИДОВ МЕДИ
5.1. Лазерная абляция
5.2. Первичная фрагментация коллоидного раствора
5.3. Увеличение концентрации коллоидного раствора
5.4. Вторичная фрагментация коллоидного раствора
5.5. Фрагментация нанопорошка Си+СиО
5.6. Краткие выводы
ГЛАВА 6. ОСОБЕННОСТИ ПЕРЕКЛЮЧЕНИЯ ПОЛЯРИЗАЦИИ В НИОБАТЕ БАРИЯ-СТРОНЦИЯ С ЭЛЕКТРОДОМ НА ОСНОВЕ КОЛЛОИДНОГО РАСТВОРА НАНОЧАСТИЦ СЕРЕБРА
6.1. Сравнение особенностей переключения поляризации при использовании
электродов на основе традиционного электролита и коллоидного раствора наночастиц серебра
6.2. Исследование эффекта усталости при циклическом переключении с электродом на
основе коллоидного раствора наночастиц серебра
6.3. Краткие выводы
ГЛАВА 7. ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ НАНОЧАСТИЦ СЕРЕБРА, ЗОЛОТА И ОКСИДА МЕДИ НА КИНЕТИКУ ДОМЕННОЙ СТРУКТУРЫ В НИОБАТЕ ЛИТИЯ „
7.1. Нанесение наночастиц на поверхность ниобата лития
7.2. Исследование влияния наночастиц на переключение поляризации в С17Ы
7.3. Краткие выводы
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
БЛАГОДАРНОСТИ
СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ И УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Введение
Актуальность темы исследования
Исследование эволюции доменной структуры является фундаментальной проблемой физики конденсированного состояния, поскольку образование и рост доменов при переключении поляризации рассматривается как аналог фазового перехода первого рода. Кинетика доменной структуры существенно зависит от эффективности экранирования деполяризующего поля и, как следствие, от типа используемых электродов.
Разработка и усовершенствование методов создания стабильной доменной структуры является предметом «доменной инженерии» - современной области науки и технологии, основной задачей которой является получение сегнетоэлектрической регулярной доменной структуры с заданными геометрическими параметрами для улучшения нелинейно-оптических, электрооптических и акустических характеристик материалов, позволяющих создать устройства с рекордными характеристиками. Монокристаллы ниобата лития (ЫЧ) и ниобата бария-стронция (БВЫ) являются классическими объектами для создания регулярных доменных структур, а также могут быть использованы в качестве модельных кристаллов.
Вместе с тем большой интерес представляет исследование процессов циклического переключения поляризации, поскольку уменьшение величины переключаемого заряда при длительном циклическом переключении (эффект усталости) является существенным барьером для использования сегнетоэлектрической памяти. Известно, что эффект усталости существенно более выражен для металлических электродов по сравнению с жидким электролитом, поэтому использование в качестве электрода стабильного коллоидного раствора металлических наночастиц позволяет реализовать промежуточный случай и является актуальной задачей.
Одним из наиболее эффективных физических методов синтеза стабильных коллоидных растворов наночастиц А§, Аи и СиО является импульсная лазерная

Сегнетоэлектрики делятся на одноосные (ЫШЮз, 8гхВа|_хКЬ206 и др.) и многоосные (ВаТЮ3, РЬТЮ3 и др.) [108]. Одноосные кристаллы имеют одну ось спонтанной поляризации и для них возможно только два направления Р3. При этом домены разделены 180° стенкой. В случае многоосных сегнетоэлектриков Р5 может быть ориентирована вдоль нескольких полярных осей и возможно существование 60°, 90°, 109° и других доменных стенок [102].
1.4.1. Кинетика доменной структуры
Процесс переключения поляризации под действием электрического поля может рассматриваться как аналог фазового перехода (ФП) первого рода. В термодинамике под фазой понимают гомогенную (однородную по термодинамическим свойствам и химическому составу) часть гетерогенной системы, которая отделена поверхностью раздела от других частей [109,110]. В сегнетоэлектриках в качестве поверхности раздела выступает доменная стенка, разделяющая различные домены. Она имеет толщину порядка постоянной решетки и представляет собой область, в которой величина вектора Ра уменьшается, проходит через ноль и возрастает с противоположным знаком [102,111]. Процесс переключения Р5 происходит за счет движения доменных стенок, образования и роста новых доменов [103]. При этом эволюция доменной структуры происходит при протекании элементарных процессов зародышеобразования. В роли зародыша выступает домен минимального размера, в котором направление Р5 определяется электрическим полем.
В соответствии с классическими работами Миллера и Вайнрайха эволюция доменной структуры определяется тремя процессами зародышеобразования: (а) трехмерное зародышеобразование приводит к образованию изолированных доменов, (б) двумерное - к возникновению зародышей на существующей стенке (образованию ступеней), (в) одномерное - росту ступеней [112]. Следует отметить, что зародышеобразование за счет роста ступеней является более выгодным, чем образование зародышей вдали от доменных стенок, поскольку суммарная площадь поверхности доменных стенок меняется незначительно.