Исследование эволюции микро- и нанодоменной структуры в монокристаллах ниобата лития, облученных ионами

• Автор: Аликин, Денис Олегович
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2012
• Место защиты: Екатеринбург
• Количество страниц: 141 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
Введение

Глава 1. Литературный обзор

1.1. Кинетика доменной структуры в сегнетоэлектриках в сильнонеравновесных условиях

1.1.1. Эволюция доменной структуры в электрическом поле

1.1.2. Роль процессов экранирования деполяризующего поля

1.1.3. Формирование заряженных доменных стенок

1.2. Ниобат лития

1.2.1. Основные физические свойства

1.2.2. Рост и форма доменов

1.3. Визуализация статической доменной структуры

1.3.1. Селективное химическое травление
1.3.2.Оптическая микроскопия
1.3.3.Силовая микроскопия пьезоэлектрического отклика
1.3.4. Конфокальная микроскопия комбинационного рассеяния
1.4. Исследование кинетики доменной структуры
1.4.1. Регистрация кинетики доменной непосредственно в процессе переключения методами оптической микроскопии
1.4.2. Измерение и анализ тока переключения
1.5. Взаимодействие ускоренных ионов с сегнетоэлектрическими монокристаллами 40 1.5.1.Основные физические процессы, возникающие при взаимодействии
ускоренных ионов с твёрдым телом
1.5.2.Влияние облучения ионами на свойства сегнетоэлектрических монокристаллов
1.5.3.Влияние облучения ионами на проводимость сегнетоэлектрических монокристаллов
1.5.4.Влияние облучения ионами на переключение поляризации в сегнетоэлектрических монокристаллах
1.6. Краткие выводы
Постановка задачи
Глава 2. Исследованные образцы, методики и
экспериментальные установки
2.1. Исследованные материалы
2.1.1. Конгруэнтный ниобат лития
2.1.2. Ниобат лития, легированный магнием
2.2. Режимы облучения ионами
2.2.1. Ионная имплантация
2.2.2.Ионно-плазменное облучение
2.2.3. Облучение высокоэнергетичными ионами
2.2.4. Основные условия и параметры облучения ионами
2.3. Экспериментальные методы исследования
2.3.1.Переключение поляризации с регистрацией изображений доменной структуры и токов переключения
2.3.2.Поляризационная оптическая микроскопия
2.3.3. Силовая микроскопия пьезоэлектрического отклика
2.3.4.Конфокальная микроскопия комбинационного рассеяния
2.3.5.Измерение поверхностной проводимости и её зависимости от глубины кристалла

2.4. Этапы проведения исследований
2.5. Краткие выводы 80 Глава 3. Облучение ионами при низкой температуре
радиационного нагрева
3.1. Изменение проводимости и пороговых полей переключения
3.2. Формирование заряженных доменных стенок
3.3. Формирование и движение Х-ориентированных доменных стенок
3.4. Краткие выводы 94 Глава 4. Облучение ионами при высокой температуре
радиационного нагрева
4.1. Изменение проводимости и пороговых полей переключения
4.2. Полевая зависимость формы доменов
4.3. Эволюция доменов в объёме кристалла
4.4. Кинетика доменной структуры
4.5. Краткие выводы 107 Глава 5. Облучение ионами при высокой температуре нагрева
и «блокировании» необлучённой поверхности
5.1. Изменение проводимости и пороговых полей переключения
5.2. Движение границы области с заряженными доменными стенками
5.3. Рост гексагональных доменов с заряженными доменными стенками
5.4. Моделирование роста структуры с заряженными доменными стенками
5.5. Краткие выводы
Основные результаты и выводы работы
Благодарности
Условные обозначения
Список публикаций по теме диссертации
Библиография

Введение
Известно, что в результате облучения ионами в монокристаллах ниобата лития формируются модифицированные слои, значительно изменяющие свойства материала. Подбирая параметры облучения - тип ионов, энергию, дозу и поток облучения, можно создавать, как аморфные поверхностные слои без сегнетоэлектрических свойств, так и слои, обладающие повышенной проводимостью по сравнению с исходным кристаллом.
Исследование влияния модифицированных слоев на кинетику переключения поляризации имеет важное фундаментальное и прикладное значение. Изучение кинетики доменов в присутствии поверхностных искусственных несегнетоэлектрических слоев важно для выяснения роли естественного поверхностного слоя в наблюдаемых закономерностях динамики доменов, поскольку прямое исследование свойств естественного диэлектрического слоя представляет собой сложную экспериментальную задачу. Изменение проводимости в результате облучения ионами позволяет изучить закономерности влияния экранирования деполяризующих полей на процесс переключения поляризации.
С практической стороны чрезвычайно важным является изучение формирования квазирегулярных доменных структур микронных и субмикронных размеров и эффектов самоорганизации при сильнонеравновесных условиях переключения поляризации, которые могут быть созданы в результате облучения ионами. Детальное исследование влияния облучения ускоренными ионами на формирование микро- и нанодоменных структур позволит развить новые методы доменной инженерии. Так получение регулярных доменных структур с субмикронным периодом открывает возможности создания качественно новых нелинейно-оптических и электрооптических устройств.
Целью работы являлось экспериментальное исследование формирования микро- и нанодоменных структур в сильнонеравновесных условиях переключения поляризации, реализуемых в монокристаллах ниобата лития,

1.3.4. Конфокальная микроскопия комбинационного рассеяния Одной из современных методик, развиваемых в последнее время для исследования наноматериалов, является конфокальная микроскопия комбинационного рассеяния света (КМКР) [66-68]. Метод оказывается исключительно чувствительным как к химическому составу материалов, так и к их структурному состоянию.
Рис. 18 Типичный спектр комбинационного рассеяния LN [67].
Конфокальный микроскоп отличается от оптического тем, что в каждый момент времени регистрируется сигнал от одной точки объекта, а полноценное изображение строится путем поточечного сканирования при движении образца. Существенное увеличение контрастности изображения достигается за счет использования точечного отверстия (pinhole), которое не пропускает оптические лучи, приходящие не из фокальной плоскости объектива.
Экспериментально установлено, что вблизи доменных стенок в LN изменяется интенсивность и положение низкочастотной ЛИНИИ E(TOi) и двух высокочастотных линий Е(Т08) и Ai(L04), максимумы которых расположены на частотах 152, 580 и 870 см'1, соответственно (Рис. 18) [66]. Эти линии достаточно хорошо разрешены и интенсивны для того, чтобы их интегральную интенсивность и положение можно было определять без предварительной математической обработки.