Переключение поляризации и эволюция нанодоменных структур в монокристаллах релаксорных сегнетоэлектриков ниобата бария-стронция и цинко-ниобата свинца

• Автор: Шихова, Вера Анатольевна
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Екатеринбург
• Количество страниц: 176 с. : ил.

Содержание
Введение

Глава 1 Литературный обзор

1.1. Основные свойства сегнетоэлектриков

1.1.1. Диэлектрические свойства-сегнетоэлектриков

1.1.2. Доменная структура сегнетоэлектриков

1.1.3. Кинетика доменной структуры

1.2. Методы исследования кинетики доменной структуры

1.2.1. Локальные методы

1.2.2. Интегральные методы

1.3. Релаксорные сегнетоэлектрики

1.3.1. Открытие релаксорных сегнетоэлектриков
1.3.2. Основные свойства релаксорных сегнетоэлектриков
1.4. Основные свойства ниобата бария-стронция
1.4.1. Кристаллическая структура
1.4.2. Диэлектрические свойства
1.4.3. Исследование переключения поляризации
1.4.4. Исследование доменной структуры
1.5. Основные свойства цинко-ниобата свинца
1.5.1. Кристаллическая структура и диэлектрические свойства
1.5.2. Доменная структура
1.6. Краткие выводы
Постановка задачи
Глава 2 Исследуемые образцы, экспериментальные установки и методики
экспериментов
2.1. Исследуемые кристаллы
2.1.1. Монокристаллы ниобата бария-стронция
2.1.2. Монокристаллы цинко-ниобата свинца
2.1.3. Термическая деполяризация и поляризация образцов
2.2. Экспериментальные установки и методики экспериментов
2.2.1. Диэлектрические измерения
2.2.2. Измерение токов переключения с одновременной визуализацией доменной структуры и петель гистерезиса
2.2.3. Сканирующая зондовая микроскопия
2.2.4. Сканирующая лазерная конфокальная микроскопия комбинационного рассеяния
2.3. Краткие выводы
Г лава 3 Исследование диэлектрических свойств монокристаллов 8ВИ и
ргитт
3.1. Исследование диэлектрических свойств монокристаллов 8ВИ
3.1.1. Температурные зависимости диэлектрической проницаемости
для монокристаллов разного состава

3.1.2. Определение диапазона существования релаксорной фазы
3.1.3. Частотная зависимость диэлектрической проницаемости
3.2. Исследование диэлектрических свойств монокристаллов РгЫ:РТ
3.2.1. Особенности температурной зависимости диэлектрической проницаемости
3.2.2. Частотная зависимость диэлектрической проницаемости
3.3. Краткие выводы
Г лава 4 Экспериментальное и методамикомпьютерпого моделирования исследование процесса переключения поляризации в монокристаллах БВЫ и Р2№РТ
4.1. Температурная эволюция петель диэлектрического гистерезиса
4.2. Компьютерное моделирование процесса переключения поляризации в релаксорной фазе
4.2.1. Описание модели
4.2.2. Результаты компьютерного моделирования
4.3. Краткие выводы
Глава 5 Исследование статики и кинетики доменной структуры
монокристаллов 8ВМ
5.1. Исследование статической доменной структуры
5.1.1. Исследование исходной доменной структуры
5.1.2. Создание монодоменного состояния
5.1.3. Формирование ансамблей нанодоменов при переключении поляризации
5.1.4. Исследование ансамблей нанодоменов в объеме монокристаллов
5.2. Исследование кинетики доменной структуры при приложении электрического поля
5.2.1. Визуализация процесса переключения поляризации
5.2.2. Основные стадии процесса переключения
5.2.3. Статистическая обработка изображений доменной структуры и токов переключения
5.3. Краткие выводы
Основные результаты и выводы работы
Благодарности
Список условных обозначений
Библиография
Список публикаций по теме диссертации
Введение
Сегнетоэлектрнки с размытым фазовым переходом, демонстрирующие аномально' сильную частотную зависимость диэлектрической проницаемости, называют релаксорными сегнетоэлектриками (релаксорами). Несмотря на то, что первые работы, посвященные исследованию этих материалов, были опубликованы в середине прошлого столетия Г.А. Смоленским с сотрудниками [29], их интенсивное изучение продолжается и в настоящее время.
В рамках бурно развивающейся физики неупорядоченных конденсированных сред разрабатываются модельные представления о фазовых переходах и природе уникальных свойств релаксоров. Существует несколько теоретических моделей для описания релаксорного поведения [110], но до сих пор не сформировано единого подхода.
Существование в релаксорах в широком температурном диапазоне гетерофазного состояния приводит к аномально высоким значениям восприимчивостей (диэлектрической, электрооптической,
пьезоэлектрической и др.). Благодаря этим уникальным свойствам релаксоры находят широкое практическое применение в различных областях приборостроения: для изготовления устройств ультразвуковой локации, медицинских диагностических приборов, компонент систем высокоточного позиционирования и высокочувствительных датчиков, а также используются в оптоэлектронике, нелинейной оптике и голографии.
Таким образом, комплексное исследование релаксорных сегнетоэлектриков актуально как для решения фундаментальных проблем физики твердого тела, так и для практических применений.
В настоящее время рассматривается возможность использования монокристаллов релаксорных сегнетоэлектриков с периодической доменной структурой для преобразования частоты оптического излучения в режиме квазифазового синхронизма, генерации второй гармоники и оптического параметрического усиления [107]. Для создания кристаллов с регулярной

Переключение в ограниченном объеме и геометрические превращения.
Для описания фазовых превращений в ограниченном объеме была предложена модификация теории Колмогорова - Аврами [46,123]. Согласно предложенному подходу, для // модели выражение зависимости доли не переключенного объема от времени q(t) можно записать как:
q(t) = ехр[- (t/tof}) " (1 - t/tJJ, (1-21)
где tm ~ tcr = a/v — константа времени, учитывающая взаимодействие растущих доменов с границами объема, tcr — время, когда все домены коснутся границы объема, а - характерный размер переключаемой области. Подобным образом можно учесть поправку на ограниченный объем для «-модели:
q(t) = ехр[- (t/toa) ni ! (1 - t/tj] (1.22)
Соотношения (1.22) и (1.23) справедливы только при t < tm. В изотропном случае, поскольку t, < tcn эта формула справедлива всегда.
Предложенное математическое описание было успешно подтверждено компьютерным моделированием и экспериментами в модельных кристаллах. Этот подход к описанию процесса переключения позволяет извлечь дополнительную информацию об особенностях кинетики процесса из интегральных экспериментальных данных (тока переключения), и выявить сценарии эволюции доменной структуры [123].
Квазистатическип подход Прейсаха
Реальные кристаллы, как правило, имеют большое количество дефектов: неоднородности состава, механические напряжения, поверхностные дефекты, границы образца или межзеренные границы в пленках и керамике, что приводит к особенностям переключения. Для описания процесса переключения в неоднородном материале используют подходы, основанные на модели, предложенной Прейсахом [8,104].
Модель Прейсаха была изначально предложена для описания частичных петель гистерезиса в ферромагнетиках [104]. Ферромагнетик рассматривался