Влияние экранирования деполяризующих полей на кинетику доменной структуры монокристаллов семейства ниобата лития и танталата лития

• Автор: Ахматханов, Андрей Ришатович
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2012
• Место защиты: Екатеринбург
• Количество страниц: 152 с. : ил.

Оглавление
ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР

1.1 Анализ токов при переключении поляризации в сегнетоэлектриках

1.1.1. Формула Копмогорова-Аврами

1.2 Современные методы исследования кинетики доменной структуры

1.2.1 Исследование статической доменной структуры

1.2.2 Исследование кинетики доменной структуры

1.3 Механизмы экранирования деполяризующего поля в сегнетоэлектриках

1.3.1 Внешнее экранирование

1.3.2 Внутренне экранирование

1.4 Особенности кинетики доменной структуры при циклическом переключении
1.4.1 Влияние типа электродов на эффект усталости
1.4.2 Механизмы усталости
1.4.3 Формирование доменных структур с заряженными стенками в процессе переключения поляризации
1.4.4 Влияние частоты переключающих импульсов на эффект усталости
1.5 Танталат лития и ниобат лития
1.5.1 Основные физические свойства
1.5.2 Структура монокристаллов ниобата и танталата лития
1.5.3 Переориентация диполъных дефектов во внешнем поле
1.5.4 Влияние отклонений от стехиометрии на свойства кристаллов ниобата лития
и танталата лития
1.5.5 Легирование танталата лития и ниобата лития
1.5.6 Доменная структура
1.6 Исследование интегральных характеристик переключения в монокристаллах ниобата и танталата лития
1.7 Исследование процессов объемного экранирования
1.7.1 Оптические методы
1.7.2 Анализ интегральных характеристик переключения
1.8 Выводы из главы
ГЛАВА 2. МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТА
2.1. Исследуемые образцы
2.2. Экспериментальная установка для исследования кинетики доменной структуры
2.3. Экспериментальная установка для проведения диэлектрических измерений
2.4. Методы визуализации статической доменной структуры
2.5. Интегральные методы исследования кинетики доменной структуры
2.6. Методики исследования процессов экранирования
2.6.1. Зависимость коэрцитивного поля от времени задержки
2.6.2. Анализ релаксации контраста следа доменной стенки
2.6.3. Дифракции света на доменных стенках
2.7. Краткие выводы

ГЛАВА 3. КИНЕТИКА ПРОЦЕССА ЭКРАНИРОВАНИЯ ДЕПОЛЯРИЗУЮЩИХ ПОЛЕЙ В МОНОКРИСТАЛЛАХ НИОБАТА ЛИТИЯ И ТАНТАЛАТА ЛИТИЯ
3.1. Монокристаллы конгруэнтного состава
3.1.1. Конгруэнтный ниобат лития
3.1.2. Конгруэнтный танталат лития
3.2. Монокристаллы с составом, близким к стехиометрическому
3.2.1. Ниобат лития
3.2.2. Танталат лития
3.3. Легированные материалы
3.3.1. Легирование оксидом магния
3.3.2. Легирование эрбием
3.4. Краткие выводы
ГЛАВА 4. ВЛИЯНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ЭКРАНИРОВАНИЯ НА
КИНЕТИКУ ДОМЕННОЙ СТРУКТУРЫ
4.1 Стехиометрический танталат лития
4.1.1. Форма тока переключения
4.1.2. Кинетика доменной структуры
4.1.3. Полевая зависимость времени переключения
4.1.4. Статистический анализ тока переключения
4.1.5. Переключение в треугольных импульсах
4.2. Стехиометрический ниобат лития
4.3. Ниобат лития, легированный магнием
4.4. Краткие выводы
ГЛАВА 5. ЭФФЕКТ УСТАЛОСТИ ПРИ ЦИКЛИЧЕСКОМ
ПЕРЕКЛЮЧЕНИИ ПОЛЯРИЗАЦИИ
5.1. Стехиометрический танталат лития
5.1.1. Поведение интегральных характеристик переключения при циклическом переключении
5.1.2. Эволюция доменной структуры в процессе усталости
5.1.3. Модель для описания эффекта усталости
5.1.4. Частотная зависимость эффекта усталости
5.1.5. Диэлектрические свойства
5.2. Стехиометрический ниобат лития
5.3. Конгруэнтный танталат лития
5.3.1. Коэрцитивные поля
5.3.2. Эволюция формы тока переключения
5.4. Краткие выводы
ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ РАБОТЫ
БЛАГОДАРНОСТИ
СПИСОК УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ
БИБЛИОГРАФИЯ
ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

Введение
Переключение поляризации в сегнетоэлектрике под действием внешнего электрического поля, происходящее за счет образования и роста доменов, можно рассматривать как аналог фазового перехода первого рода. Поэтому кинетика доменной структуры в процессе переключения поляризации представляет собой фундаментальную проблему физики конденсированного состояния, связанную с исследованием закономерностей кинетики фазовых превращений.
При изменении доменной структуры сегнетоэлектриков принципиальную роль играют процессы внешнего и объемного экранирования деполяризующего поля, создаваемого связанными зарядами. Медленные процессы объемного экранирования приводят к эффектам памяти и в значительной степени определяют кинетику доменов. Изучение влияния процессов экранирования деполяризующих полей на эволюцию доменной структуры необходимо для решения важной фундаментальной проблемы физики сегнетоэлектриков - процесса переключения поляризации.
Растущий интерес к доменной структуре сегнетоэлектриков во многом вызван бурным развитием в последние годы новой отрасли науки и технологии - «доменной инженерии». Данная область знаний занимается разработкой и усовершенствованием методов создания в сегнетоэлектрических монокристаллах доменных структур с заданной геометрией для различных применений. Основной задачей доменной инженерии на данный момент является создание стабильных регулярных доменных структур для улучшения нелинейно-оптических, электрооптических и акустических характеристик, в частности для изготовления эффективных преобразователей частоты когерентного излучения. Наиболее широко используемыми материалами для таких применений являются монокристаллы семейства ниобата лития и танталата лития. Периодические доменные структуры создают приложением

деполяризующего поля на наклонной стенке может быть уменьшено только за счет генерации дополнительных клиньев (Рис. 1.1 Зг). Вершина образовавшегося клина прорастает к Ъ- поверхности и останавливается вблизи диэлектрического зазора. Данный процесс циклически повторяется и приводит к разрастанию структуры ЗДС.
Рис. 1.13 Формирование области с ЗДС. (а) Остановка прямого прорастания
клинообразного домена, (б) Увеличение угла наклона доменной стенки.
(в) Образование дополнительных клиньев.
Созданная структура с ЗДС представляла собой замороженный домен, так как последующее приложение поля противоположного знака не уменьшало занятой ею площади [76].
Было показано, что рост структур с ЗДС начинался при полях Е!иСОИ'= 17 кВ/мм, которые были существенно ниже, чем пороговое поле переключения из монодоменного состояния — 21 кВ/мм) [76]. Таким образом, образование и рост ЗДС происходил в подпороговых полях от 17 до 21 кВ/мм. Экспериментально было показано, что рост с ЗДС сменялся классическим ростом сквозных доменов с нейтральными доменными стенками в полях более 21 кВ/мм.
1.4.4 Влияние частоты переключающих импульсов на эффект усталости
Анализ литературы по зависимости процесса усталости от частоты переключающих импульсов указывает на противоречивые результаты, полученные разными группами. В соответствии с результатами работ [64,79-