Процесс переключения поляризации под действием внешнего электрического
поля в сегнетоэлектриках, сопровождаемый изменением доменной структуры, может
быть рассмотрен как аналог фазового перехода первого рода. Исследование кинетики
фазовых переходов в физике конденсированного состояния представляет значительный интерес для изучения общих закономерностей кинетики фазовых превращений.
Исследование эволюции доменной структуры является важной фундаментальной
задачей физики сегнетоэлектриков. В частности, значительный интерес представляет
исследование роста доменов в полярном направлении (“прямое прорастание”), сопровождаемое формированием заряженных доменных стенок. Следует отметить, что экспериментальное изучение этого процесса затруднено необходимостью визуализации
доменов в объеме с высоким пространственным разрешением. В результате к настоящему времени одна из основных стадий эволюции доменной структуры при переключении поляризации сравнительно слабо изучена.
Наличие доменных стенок в сегнетоэлектриках оказывает существенное влияние
на диэлектрические, пьезоэлектрические и нелинейно-оптические свойства [1]. Поэтому исследования кинетики доменной структуры представляют значительный интерес для развития методов микро- и нанодоменной инженерии [2]. Основной целью доменной инженерии является изменение характеристик сегнетоэлектриков важных для
применения путем создания стабильных доменных структур с необходимыми параметрами для улучшения характеристик устройств за счет пространственной модуляции
пьезоэлектрических, электрооптических, фоторефрактивных и нелинейно- оптических
свойств. Особый интерес представляет создание преобразователей частоты лазерного
излучения на основе кристаллов с периодическими доменными структурами и
устройств хранения данных со сверхвысокой плотностью записи [3].
Одним из методов исследования и создания нанодоменных структур с высоким
пространственным разрешением является сканирующая зондовая микроскопия. Локальное переключение поляризации с помощью зонда сканирующего зондового микроскопа, позволяет изучать доменную структуру с высоким пространственным разрешением в отдельных зернах керамики [4], а также исследовать прямое прорастание
доменов и формирование самоорганизованных нанодоменных структур на неполярном срезе монокристаллов сегнетоэлектриков.
В качестве объекта исследований в работе использованы монокристаллы семейства одноосного сегнетоэлектрика ниобата лития LiNbO3. Этот кристалл является
наиболее широко используемыми нелинейно-оптическим материалом. Кроме того,
высокая однородность кристаллов и сравнительно простая доменная структура, которая может быть визуализирована с высоким пространственным разрешением различными методами, позволяет использовать его как модельный материал. Также была
исследована доменная структура и особенности локального переключения в бессвинцовых сегнетоэлектрических керамиках: Ba0.85Ca0.15Ti0.90Zr0.10O3 (BCZT),
Bi1-xSmxFeO3 (BFO-100x%Sm) и (K0.5Na0.5)1-2xSrxNbO3 (KNN-100x%Sr), которые рассматриваются в настоящее время как наиболее вероятные кандидаты для замены
наиболее распространенной пьезокерамики титаната-цирконата свинца в связи с её
токсичностью [5].4
Таким образом, проводимые исследования имеют важное фундаментальное и
прикладное значение.
Цель работы заключается в исследовании особенностей формирования доменной структуры на неполярном срезе одноосного сегнетоэлектрика ниобата лития и в
отдельных зернах бессвинцовых пьезокерамик при локальном переключении поляризации проводящим зондом сканирующего микроскопа.
Основные задачи:
1) Исследовать рост доменов в полярном направлении и их форму, а также взаимодействие изолированных доменов при локальном переключении
на неполярных срезах CLN и MgO:LN.
2) Исследовать формирование самоорганизованной доменной структуры на неполярных срезах CLN при сканировании зондом с приложением напряжения и заземленным зондом без приложения напряжения.
3) Провести компьютерное моделирование формирования самоорганизованной доменной структуры при переключении на неполярном срезе с учетом электростатического взаимодействия изолированных доменов.
4) Исследовать влияние легирования на исходную доменную структуру бессвинцовых пьезокерамик BFO:Sm и KNN:Sr.
5) Исследовать особенности локального переключения поляризации и релаксации индуцированной доменной структуры в отдельных зернах бессвинцовых пьезокерамик KNN:Sr и BCZT.
Объекты исследования. В качестве объекта исследований в работе использованы монокристаллы одноосного сегнетоэлектрика ниобата лития LiNbO3 (LN) конгруэнтного состава (СLN) и легированного 5% оксида магния (MgO:LN). Исследовалось прямое прорастание доменов и формирование самоорганизованных доменных
структур в результате локального переключения поляризации на неполярных X и Y
срезах. Исходная доменная структура, локальное переключение поляризации и релаксация индуцированной доменной структуры изучались в бессвинцовых пьезокерамиках BFO, KNN и BCZT.
Помощь студентам и аспирантам в выполнении работ от наших партнеров
