Формирование микро- и нанодоменных структур в сегнетоэлектрических материалах методами сканирующей зондовой микроскопии

• Автор: Иевлев, Антон Владимирович
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2012
• Место защиты: Екатеринбург
• Количество страниц: 149 с. : ил.

Содержание
Введение

Глава 1. Литературный обзор

1.1 Определение и основные свойства сегнетоэлектриков

1.1.1 Деполяризующее поле

1.1.2 Внешнее экранирование

1.1.3 Механизмы внутреннего экранирования

1.2 Переключение поляризации под действием внешнего электрического поля

1.2.1 Кинетика доменной структуры

1.2.2 Особенности переключения поляризации в случае

неэффективного экранирования

1.3 Использование сканирующей зондовой микроскопии при исследовании сегнетоэлектриков
1.3.1 Атомная силовая микроскопия
1.3.2 Силовая микроскопия пьезоэлектрического отклика
1.3.3 Локальное переключение поляризации
1.3.4 Измерение локальных петель гистерезиса
1.4 Сканирующая лазерная конфокальная микроскопия
1.5 Ниобат лития и танталат лития
1.5.1 Физические свойства
1.5.2 Доменная структура
1.5.3 Влияние отклонений от стехиометрии и легирующих примесей
на свойства кристаллов
1.6 Релаксорный сегнетоэлектрик ниобат бария-стронция
1.6.1 Кристаллическая структура
1. 6.2 Исследование переключения поляризации
1.6.3 Исследование доменной структуры
Постановка задачи
Глава 2. Исследуемые образцы, экспериментальные установки и методики экспериментов
2.1 Исследуемые кристаллы
2.1.1 Монокристаллы ниобата лития и танталата лития
2.1.2 Монокристаллы ниобата бария стронция

2.2 Экспериментальные установки
2.2.1 Сканирующая зондовая микроскопия
2.2.2 Сканирующая лазерная конфокальная микроскопия
2.3 Методика измерений в режиме силовой микроскопии
пьезоэлектрического отклика
2.4 Методика проведения локального переключения поляризации
2.5 Методика измерения локальных петель гистерезиса
2.6 Методика проведения измерений в сканирующей конфокальной
микроскопии
2.7 Краткие выводы
Глава 3. Влияние адсорбционного слоя на локальное переключение поляризации в монокристаллах ниобата лития, легированного магнием, и стехиометрического танталата лития
3.1 Влияние типа и проводимости адсорбционного слоя на размеры
записываемых доменов
3.2 Теоретическое описание роста домена в условиях ограниченного
током переключения
3.3 Влияние давления воздуха на размеры записываемых доменов
3.4 Исследование переключения поляризации при повышенных
температурах
3.5 Краткие выводы
Глава 4. Переключение поляризации вблизи доменной стенки в монокристаллах конгруэнтного ниобата лития
4.1 Результаты локального переключения вблизи доменной стенки
4.1.1 Перемещение зонда в режиме без контакта
4.1.2 Перемещение зонда в контакте
4.2 Формирование изолированного домена
4.3 Локальный сдвиг доменной стенки
4.4 Рост треугольного выступа на доменной стенке
4.5 Рост нанодоменных цепей
4.5.1 Формирование первого нанодомена в цепи
4.5.2 Формирование второго и последующих нанодоменов
4.6 Краткие выводы
Глава 5. Взаимодействие между доменами в процессе локального переключения поляризации
5.1 Взаимодействие между доменами в СУМ

5.2 Взаимодействие между доменами в MgO:LN
5.3 Краткие выводы
Глава 6. Кинетика и статика доменной структуры в ниобате бария стронция
6.1 Исследование исходной доменной структуры
6.2 СМПО исследование формирования доменной структуры в SBN
6.2.1 Дискретное переключение поляризации
6.2.2 Самопроизвольное обратное переключение поляризации
6.2.3 Слияние микродоменов
6.3 Создание микро- и нанодоменных структур в SBN
6.4 Краткие выводы
Основные результаты и выводы работы
Благодарности
Список условных обозначений
Библиография
Список публикаций по теме диссертации

Ниобат лития является одноосным сегнетоэлектриком, поэтому в нем возможны только 180° домены с антипараллельным направлением спонтанной поляризации. Расчеты, выполненные для идеальной стехиометрической структуры в сегнетоэлектрической фазе LN, показали, что наиболее чувствительными пиками, несущими информацию о разупорядочении кристаллической решетки, являются колебания типов Е(ТО]), E(TOg) и A](L04) [69]. Вблизи доменных стенок в ниобате лития происходит изменение интенсивности низкочастотной линии E(TOj) и двух высокочастотных линий E(TOg) и A|(L04), максимумы которых расположены на частотах 152, 580 и 870 см'1, соответственно (Рис. 1.13). Эти спектральные линии достаточно хорошо разрешены и интенсивны для того, чтобы их интегральную интенсивность можно было определять без предварительной математической обработки полученных экспериментальных данных.
Положение спектральных линий определяется силами химических связей между ионами кристалла, массами ионов и типом кристаллической решетки, поэтому изменение параметров кристаллической решетки приводит к смещению линий, а разупорядочение приводит к увеличению их полуширины. Таким образом, чувствительность колебательных спектров к различным дефектам кристаллической решетки, включая примеси, дефекты и искажения кристаллической решетки, позволяет использовать этот метод для измерения пространственного распределения неоднородностей кристалла, в том числе и механических напряжений в окрестности доменных стенок сегнетоэлектрика.
При помощи процедуры аппроксимации для каждой точки исследуемого кристалла определяют центральные частоты, амплитуды и спектральные ширины линий Е(ТО0, Е(Т08) и A](L04). Механические напряжения кристаллической решетки в области доменной стенки приводят к существенному отличию значений данных параметров для соседних от стенки областей.