Особенности кинетики доменной структуры при циклическом переключении поляризации в сегнетоэлектриках

• Автор: Батурин, Иван Сергеевич
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2006
• Место защиты: Екатеринбург
• Количество страниц: 200 с. : ил.

ГЛАВА 1 ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР

1.1 Кинетика доменной структуры в сегнетоэлектриках

1.2 Методы исследования кинетики доменной структуры

1.2.1 Локальные методы

1.2.1.1 Оптические методы

1.2.1.2 Электронная и сканирующая зондовая микроскопия

1.3 Интегральные методы

1.3.1 Измерение тока переключения и петли диэлектрического гистерезиса

1.3.2 Анализ формы тока переключения и петли гистерезиса

1.3.3 Измерение механической деформации и эффективного

пьезоэлектрического коэффициента в процессе переключения

1.4 Экранирование деполяризующего поля
1.4.1 Механизмы внутреннего экранирования
1.4.2 Кинетика внутреннего поля смещения и ее влияние
на процесс переключения
1.5 Циклическое переключение в сегнетоэлектриках
1.5.1 Эффект усталости при длительном циклическом переключении
сегнетоэлектрика
1.5.2 Методика экспериментального исследования
1.5.3 Влияние условий эксперимента на эффект усталости
1.5.4 Влияние состава пленок и электродов на эффект усталости
1.5.5 Механизмы эффекта усталости
1.6 Несобственный сегнетоэлектрик сегнетоэластик молибдат гадолиния
1.6.1 Основные физические свойства
1.6.2 Кинетика доменной структуры
1.7 ЦИРКОНАТ-ТИТАНАТ СВИНЦА
1.8 Краткие выводы к главе
ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ
ГЛАВА 2 ИССЛЕДОВАННЫЕ ОБРАЗЦЫ. МЕТОДИКА И ТЕХНИКА
ЭКСПЕРИМЕНТА
2.1 Образцы монокристаллов молибдата гадолиния
2.2 Образцы тонких сегнетоэлектрических пленок цирконата-титаната свинца

2.2.1 Тонкие пленки, полученные методом золь-гель
2.2.2 Тонкие пленки, полученные методом хшшческого
осаждения из газовой фазы
2.3 Образцы объемной сегнетоэлектрической керамики цирконата-титаната СВИНЦА
2.4 Исследование движения одиночной плоской доменной стенки в молибдате гадолиния
2.4.1 Экспериментальные установки
2.4.2 Методика эксперимента
2.5 Исследование циклического переключения в объемной керамике
2.5.1 Методика проведения циклического переключения
2.5.2 Измерение петли гистерезиса поляризации и механической деформации
2.5.3 Измерения локальных квазистатических петель гистерезиса
пьезоэлектрического коэффициента и реверсивной диэлектрической проницаемости
2.6 Исследование циклического переключения в тонких сегнетоэлектрических ПЛЕНКАХ
2.6.1 Экспериментальные установки
2.6.2 Методика проведения циклического переключения
2.6.3 Измерение тока переключения и петли гистерезиса
2.6.4 Измерение реверсивной диэлектрической проницаемости
2.7 Краткие выводы к главе
ГЛАВА 3 ЦИКЛИЧЕСКОЕ ПЕРЕКЛЮЧЕНИЕ ЗА СЧЕТ ДВИЖЕНИЯ
ОДИНОЧНОЙ ПЛОСКОЙ ДОМЕННОЙ СТЕНКИ
3.1 Компьютерное моделирование циклического движения ПДС
3.1.1 Модель
3.1.2 Изменение переключаемого заряда
3.1.3 Эволюция тока переключения
3.1.4 Эволюция пространственного распределения внутреннего поля смещения
3.1.5 Выводы
3.2 Экспериментальное исследование циклического движения ПДС в однородных
монокристаллах молибдата гадолиния

3.3 Экспериментальное исследование циклического движения ПДС в
МОНОКРИСТАЛЛАХ МОЛИБДАТА ГАДОЛИНИЯ С ИСКУССТВЕННЫМИ ЦЕНТРАМИ ПИНИНГА
3.4 Экспериментальное исследование стабилизации стенки в статическом состоянии
3.5 Краткие выводы к главе
ГЛАВА 4 ЦИКЛИЧЕСКОЕ ПЕРЕКЛЮЧЕНИЕ В СЛУЧАЕ ДВУМЕРНОЙ
КИНЕТИКИ ДОМЕННОЙ СТРУКТУРЫ
4.1 Модель
4.2 МОНОДОМЕННОЕ НАЧАЛЬНОЕ СОСТОЯНИЕ
4.3 ПОЛНОСТЬЮ ЭКРАНИРОВАННОЕ ПОЛИДОМЕННОЕ НАЧАЛЬНОЕ СОСТОЯНИЕ
4.4 Краткие выводы к главе
ГЛАВА 5 ЦИКЛИЧЕСКОЕ ПЕРЕКЛЮЧЕНИЕ В ОБЪЕМНОЙ
СЕГНЕТОЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ КЕРАМИКЕ
5.1 Поведение интегральных характеристик при циклическом переключении
5.2 Поведение локальных характеристик при циклическом переключении
5.2.1 Петли поляризации и механической деформации
5.2.2 Квазистатические петли пьезоэлектрического коэффициента
5.3 Частичное восстановление после усталости
5.4 Выводы к главе
ГЛАВА 6 ЦИКЛИЧЕСКОЕ ПЕРЕКЛЮЧЕНИЕ В ТОНКИХ
СЕГНЕТОЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПЛЕНКАХ
6.1 Эффекты формовки и усталости
6.2 Изменение реверсивной диэлектрической проницаемости
6.3 Частичное восстановление после усталости
6.4 Краткие выводы к главе
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ
БЛАГОДАРНОСТИ
БИБЛИОГРАФИЯ

—Г—1——1 1 1— 2а 1 1 1 ~l т—i
bscr а, р I
• * bscr 0 1
, 1 ——J— ■ ,1 i _Д bscr
О Дх О дх
Рисунок 11. Распределение зарядов объемного экранирования при смещении доменной стенки из исходного положения.
Тогда поле на стенке и ее скорость, зависят от Ах, что экспериментально подтверждается в ВТО [134]. С увеличением смещения стенки замедляется ее движение и при определенном сочетании параметров при некотором смещении Ахтах может произойти ее полная остановка. Увеличивая напряженность переключающего поля можно изменять время переключения в широких пределах и получать различные соотношения между ts и характерным временем изменения внутреннего поля г. Ситуация усложняется, когда эти времена сравнимы или т < ts и рельеф внутреннего поля изменяется непосредственно в процессе переключения. В только что переключенной области поле объемного экранирования должно изменить знак, чтобы скомпенсировать "новое" деполяризующее поле. Эволюция Еь от времени происходит по следующему закону [114,115]:
Eb(f) = Еьо (2ехр (-t/т) - 1) (26)
Таким образом, изменяется создаваемое нескомпенсированным зарядом поле за движущейся стенкой. Движение стенки с постоянной скоростью происходит только при равновесии между скоростью стенки и скоростью экранирования. Равновесное значение скорости стенки определяется г.
Ламбек и Джонкер [114,115] измеряли скорость доменной стенки для разного времени задержки между импульсами переключения tsh которое определяло степень стабилизации доменной структуры abscr- Показано, что:
vs(tsl) = vsa> exp {-S/[Eex - Eb(tst)]} (27)
Таким образом, запаздывание процессов экранирования оказывает существенное влияние на кинетику процесса переключения поляризации в сег-