Формирование нанодоменных структур при переключении поляризации в сильнонеравновесных условиях в монокристаллах германата свинца, ниобата лития и танталата лития

• Автор: Мингалиев, Евгений Альбертович
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Екатеринбург
• Количество страниц: 145 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1 ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР

1.1 Сегнетоэлектрики

1.1.1 Деполяризующее поле

1.1.2 Внешнее экранирование

1.1.3 Объёмное экранирование

1.1.4 Кинетика доменной структуры в электрическом поле

1.1.5 Неэффективность экранирования деполяризующего поля

1.1.6 Стадии роста изолированных доменов

1.1.7 Форма изолированных доменов

1.1.8 Кинетика доменов в сильнонеравновесных условиях. Дискретное переключение. Эффект
коррелированного зародышеобразования
1.2 Германат свинца
1.2.1 Основные физические свойства
1.2.2 Доменная структура
1.3 Ниобат лития и танталат лития
1.3.1 Основные физические свойства
1.3.2 Влияние отклонений от стехиометрии и легирующих примесей на свойства кристаллов
1.3.3 Электропроводность
1.4 Методы исследования доменной структуры
1.4.1 Селективное химическое травление
1.4.2 Оптические методы
1.4.3 Визуализация доменов методом силовой микроскопии пьезоэлектрического отклика
1.4.4 Визуализация доменов методом сканирующей лазерной конфокальной микроскопии
комбинационного рассеяния
1.5 Изменение доменной структуры в ниобате лития и танталате лития под действием пироэлектрического поля
1.5.1 Пироэлектрический эффект
1.5.2 Переключение поляризации в результате цикла нагрев/охлаждение
1.6 Влияние лазерного излучения на доменную структуру в монокристаллах ниобата лития и танталата лития
1.6.1 Эффект уменьшения поля зародышеобразования
1.6.2 Формирование самоорганизованных доменных структур
1.7 Краткие выводы
ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ
ГЛАВА 2 ИССЛЕДОВАННЫЕ ОБРАЗЦЫ, МЕТОДИКИ И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ УСТАНОВКИ
2.1 Образцы монокристаллов германата свинца
2.2 Образцы монокристаллов ниобата лития
2.2.1 Конгруэнтный ниобат лития
2.2.2 Стехиометрический ниобат лития
2.2.3 Ниобат лития легированный магнием

2.3 Образцы монокристаллов танталата лития
2.4 Экспериментальные установки и методы
2.4.1 Исследование кинетики доменной структуры в германате свинца
2.4.1.1 Экспериментальная установка
2.4.1.2 Методика эксперимента
2.4.2 Измерение температурной зависимости пироэлектрического поля в ниобате лития при нагреве и охлаждении с контролируемой скоростью
2.4.2.1 Экспериментальная установка
2.4.2.2 Экспериментальная методика
2.4.3 Нагрев пропусканием импульсов тока вдоль металлического электрода
2.4.3.1 Экспериментальная установка
2.4.3.2 Экспериментальная методика
2.4.4 Импульсное облучение сильно поглощаемым лазерным излучением
2.4.5 1п-5Ди визуализация кинетики доменной структуры в результате импульсного лазерного облучения
2.5 Краткие выводы
ГЛАВА 3 ИССЛЕДОВАНИЕ КИНЕТИКИ ДОМЕННОЙ СТРУКТУРЫ В МОНОКРИСТАЛЛАХ ГЕРМАНАТА
СВИНЦА В ШИРОКОМ ДИАПАЗОНЕ СКОРОСТЕЙ БОКОВОГО ДВИЖЕНИЯ ДОМЕННЫХ ГРАНИЦ
3.1 Рост шестиугольных доменов при медленном движении доменных границ
3.2 Формирование лабиринтовой доменной структуры при быстром движении доменных границ..
3.3 Аномальная кинетика доменной структуры при сверхбыстром движении доменных границ
3.4 Краткие выводы
ГЛАВА 4 ИССЛЕДОВАНИЕ ПЕРЕКЛЮЧЕНИЯ ПОЛЯРИЗАЦИИ В МОНОКРИСТАЛЛАХ НИОБАТА ЛИТИЯ В
РЕЗУЛЬТАТЕ ОДНОРОДНОГО НАГРЕВА И ОХЛАЖДЕНИЯ
4.1 Исследование изменения пироэлектрического поля при нагреве и охлаждении с контролируемой скоростью
4.2 Моделирование изменения величины пироэлектрического поля при нагреве и охлаждении с постоянной скоростью
4.3 Исследование изменения размеров изолированных доменов в результате нагрева и охлаждения
4.4 Краткие выводы
ГЛАВА 5 ИССЛЕДОВАНИЕ ФОРМИРОВАНИЯ ДОМЕННОЙ СТРУКТУРЫ В НИОБАТЕ ЛИТИЯ И ТАНТАЛАТЕ
ЛИТИЯ В РЕЗУЛЬТАТЕ ИМПУЛЬСНОГО НАГРЕВА
5.1 Нагрев пропусканием импульсов тока вдоль металлического электрода на полярной поверхности
5.2 Облучение инфракрасными лазерными импульсами
5.2.1 Кинетика формирования доменной структуры в результате импульсного лазерного
облучения
5.2.2 Зависимость параметров доменной структуры от условий облучения
5.3 Особенности формирования доменных структур, индуцированных инфракрасным лазерным излучением, в ниобате лития, легированном МдО
5.4 Облучение серией импульсов инфракрасного лазерного излучения
5.5 Облучение ультрафиолетовыми лазерными импульсами

5.6 Самоорганизованные доменные структуры в танталате лития
5.7 Формирование регулярных нанодоменных структур в ниобате лития, легированном МдО, при неоднородном облучении
5.8 Краткие выводы
ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ РАБОТЫ
БЛАГОДАРНОСТИ
УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ
БИБЛИОГРАФИЯ
СПИСОК ПУБЛИКАЦИЙ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1.3.1 Основные физические свойства
Ниобат лития и танталат лития являются оптически одноосными, три-гональными кристаллами и в параэлектрической фазе принадлежат к точечной группе 3т. Они являются собственными сегнетоэлектриками и испытывают единственный структурный фазовый переход второго рода в сегнето-электрическую фазу, обладающую пространственной симметрией ЯЗс (точечная группа Зга).
Кристаллы семейства ЫЧ обладает необычно высокой температурой фазового перехода Тс (температура Кюри). Для СЫЧ температура перехода составляет 1480К [42,43], что незначительно меньше температуры плавления (ШОК) [43,44].
Для СЬТ температура фазового перехода - около 93 ОК [45] при температуре плавления 1920К [44].
Следовательно, при комнатной температуре оба кристалла находятся «глубоко» в сегнетоэлектрической фазе и демонстрируют необычайно высокие значения спонтанной поляризации Р3. В СЬТ Рз = 60±3 мкКл/см2 [46], а в СЫЧ Р5 = 77±4 мкКл/см2 [3].
Структура ЫЧ и ЬТ при комнатной температуре является сильно искаженной структурой перовскита, которая может быть получена из идеальной структуры перовскита путем поворота кислородных октаэдров 1ЧЪ06 и Та06 в пространстве [43].
При комнатной температуре оба соединения имеют ромбоэдрическую решетку со следующими параметрами: постоянная решетки - 5.492 А (ЫЧ) и 5.470 А (ЬТ), угол -55°53' (ЫЧ) и 56° 12' (ЬТ) [43]. В соответствии с изменением симметрии при фазовом переходе Зт -» 3/и в кристаллах ЫЧ и ЬТ возможны только 180° антипараллельные домены. При фазовом переходе происходит смещение подрешеток катионов лития и ниобия/тантала относительно подрешетки анионов кислорода. Направление смещения катионов определяет направление вектора спонтанной поляризации в сегнетоэлектрической фазе.