Термодинамическая теория полидоменных и гетерофазных состояний в сегнетоэлектрических эпитаксиальных тонких пленках

• Автор: Кухарь, Владимир Геннадьевич
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2002
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 204 с. : ил

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
Глава 1. Доменные структуры в сегнетоэлектрических кристаллах и тонких пленках и их теоретическое описание (обзор литературы)

§1.1 Экспериментальное наблюдение доменных структур в сегнетоэлектрических

монокристаллах, керамиках и тонких пленках

1.1.1 Общая характеристика полидоменных состояний объемных

сегнетоэлектрических материалов

1.1.2 Полидоменные состояния в эпитаксиальных тонких пленках

§1.2 Теоретические методы описания явления сегнетоэлектричества

1.2.1 Микроскопическое описание

1.2.2 Феноменологические (континуальные) подходы
§1.3 Теоретическое описание сегнетоэлектрических тонких пленок
ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ
Глава 2. Термодинамическая теория плотных доменных структур в
монокристаллических сегнетоэлектрических тонких пленках
§2.1 Приближение плотных доменных структур в эпитаксиальных сегнетоэлектрических пленках
2.1.1 Геометрия и энергетика эпитаксиальной пары «пленка-подложка»
2.1.2 Общий алгоритм расчета устойчивых термодинамических состояний
пленки
§2.2 Метод расчета поляризаций, напряжений и деформаций внутри доменов в
эпитаксиальной пленке в приближении плотной структуры
2.2.1 Граничные условия на поверхностях пленки и доменных стенках
2.2.2 Общий алгоритм расчета устойчивых термодинамических
состояний пленки
§2.3 Возможные ориентации сегнетоэластических доменных границ в эпитаксиальных
пленках
Глава 3. Полидоменное с/я/с/й состояние, его поляризационная неустойчивость в
сегнетоэлектрических пленках и образование гетерофазных состояний
§3.1 Фазовые диаграммы эпитаксиальных тонких пленок РЬТЮз и ВаТЮз с внутренними
границами, ориентированными под углом 45° к поверхности подложки
§3.2 Характеристики доменной с1а1с1а структуры и ее поляризационная
неустойчивость
§3.3 Диэлектрические свойства полидоменных и гетерофазных пленок РЬТЮз и ВаТЮз с внутренними границами, ориентированными под углом 45° к поверхности подложки
Г лава 4. Полидоменные состояния с доменными стенками, ориентированными
перпендикулярно границе раздела между пленкой и подложкой
§4.1 Фазовые диаграммы эпитаксиальных тонких пленок РЬТЮз и ВаТЮз с доменными
стенками, перпендикулярными поверхности подложки
§4.2 Свойства доменной а/аУ'а!аг структуры и ее неустойчивость по отношению к
превращению в аа фазу
§4.3 Поляризационная конфигурация и деформации решетки в пленках с аа1ааг1аа1ааг
структурой

§4.4 Рз-неустойчивость аІа2ІаІа2 и ааІаагІасіІааг структур и формирование новых
полидоменных состояний
Глава 5. Равновесные фазовые диаграммы эпитаксиальных пленок РЬТЮз и ВаТЮз и их диэлектрические и пьезоэлектрические свойства
§5.1 Диаграммы устойчивых состояний эпитаксиальных пленок титаната свинца и титаната
бария
§5.2 Диэлектрические свойства сегнетоэлектрических тонких пленок
5.2.1 Зависимость диэлектрических констант пленок РЬТЮз и ВаТЮз от
деформации несоответствия в эпитаксиальной системе
5.2.2 Закон типа Кюри-Вейсса для диэлектрической восприимчивости сегнетоэлектрической пленки как функции деформации несоответствия или внутреннего напряжения
5.2.3 Температурная зависимость диэлектрической проницаемости пленок РЬТЮз и ВаТЮз
§5.3 Пьезоэлектрические свойства эпитаксиальных сегнетоэлектрических пленок
ЗАКЛЮЧЕНИЕ И ВЫВОДЫ
ЛИТЕРАТУРА

например, в монографии Бруса и Каули [151]. Прекрасными примерами из других областей физики твердого тела служат модель БКШ для сверхпроводимости и модели Изинга и Гейзенберга в теории ферромагнетизма [152].
Согласно работам многих авторов [см. обзоры 9,151], модельный гамильтониан, описывающий структурные (в частности, сегнетоэлектрические) фазовые переходы, выводится на основе того факта, что эти переходы обьлно связаны с изменением расположения лишь небольшого числа атомов в элементарной ячейке. Соответственно, в простой модели можно учитывать только координаты этих выделенных атомов, рассматривая оставшуюся часть решетки как термостат. В этом случае удается выразить модельный Гамильтониан через локальные моды колебаний ячеек кристаллической решетки:
где я? - обобщенные импульсы, <§- обобщенные координаты, У(£,)- локальный потенциал взаимодействия внутри элементарной ячейки, Ои,- функции, описывающие взаимодействие между ячейками.
На основе этих идей были построены различные модели диэлектрических кристаллов, которые, несмотря на свою сильную упрощенность, позволили понять на микроскопическом уровне многие механизмы структурных преобразований в кристаллах и, в частности, природу сегнетоэлектрического фазового перехода. К сожалению, в рамках данной работы невозможно описать все многообразие моделей и их результаты, поэтому ниже мы постараемся лишь дать общую характеристику тем из них, которые оказали значительное влияние на понимание природы явления сегнетоэлектричества.
(1.2)