Главная  Развитие электрики 

[0] [1] [2] [ 3 ] [4] [5] [6] [7] [8] [9] [10] [11] [12] [13] [14] [15] [16] [17] [18] [19] [20] [21] [22] [23] [24] [25] [26] [27] [28] [29] [30] [31] [32] [33] [34] [35] [36] [37] [38] [39] [40] [41] [42] [43]

глава 1

методы формирования индуцированных доменов и периодических доменных структур в сегнетоэлектриках

Спонтанно возникшая доменная структура в сегнетоэлектриках или магнетиках, как правило, является равновесной и соответствует минимуму энергии кристалла. Во внешнем ноле происходит изменение доменной структуры за счет роста доменов, ориентированных вдоль ноля. При некотором критическом значении напряженности поля тело переходит в монодомеп-пое состояние. Полевая эволюция доменной структуры лежит в основе большинства методов формирования доменов и доменных структур заданных параметров.

1.1. формирование сегнетоэлектрических доменов в электрических полях

Как известно [66], образование 180°-ных доменов в оксидных сегнетоэлектриках связано с нецентросимметричным расположением ионов металлов (например, Li и Nb для ниобата лития) относительно подрешетки анионов кислорода, причем паправлепие смегцения катионов определяет направление вектора поляризации в домене (рис. 1.1). Таким образом, переноляризация возникает при смегцепии попов из одного нецентро-симметричного положения вдоль оси спонтанной поляризации в другое нецептро-симметричпое положение. Поэтому все известные к настоягцему времени методы но процессу переполяризации можно разделить на две группы: используюгцие внешние электрические ноля и исноль-зуюгцие градиенты внутренних электрических нолей.

Рис. 1.1. фрагмент структуры монокристалла ниобата лития: а -парафаза; б - положительный домен; в - отрицательный домен; 0~ионы ниобия; • - ионы лития



1.1.1. Приложение внешних нолей

Исследование поведения сегнетоэлектриков в сильных электрических нолях началось егце в 1950-е годы, когда была обнаружена электрически индуцированная поляризация в титапате бария [67]. Затем [68] по скачкам Баркгаузена было обнаружено изменение направления поляризации в моподоменпых кристаллах ниобата лития, причем напряженпость поля, необходимого для переноляризации, снижалась от 10 В/см при комнатной температуре до 10 В/см при Т = 150 °С. В более поздних работах с помогцью приложения электрических полей были получены протяженные ИДС с размерами доменов в несколько микрометров [69-72].

Методика формирования ИДС состояла в предварительном панесепии системы полосовых электродов на поверхности тонких образцов (толгцина d < 1 мм), перпендикулярных осям поляризации С (рис. 1.2) [69]. Тогда при приложении к

электродам электрического ноля, обратного но знаку полю поляризации и пре-выгааюгцего его по величине, возникала структура инвертированных доменов типа «голова к хвосту», глубина которых была пропорциональна времени воздействия и напряженности приложенного поля. Границы доменов были параллельны оси С. Подобным


Область с доменной инверсией

Рис. 1.2. Формирование ПДС в импульсном электрическом поле

образом ПДС были получены в кристаллах ниобата и танталата лития, титаната бария. Поскольку для переноляризации таких жестких структур, как ниобат и танталат лития, при комнатной температуре необходимы ноля с£~10В/см, в ряде работ нереполяризация была осугцествлена при более низких нолях за счет нагревания кристаллов, в частности импульсами лазера [71]. Однако наиболее эффективным является способ приложения к системе электродов импульсов электрического поля. Как установлено в ходе экспериментов [67, 70] (рис. 1.3), время переполяризации tg в зависимости от напряженности электрического поля превыгааюгцего коэрцитивное поле Ее, находится по одной из следуюгцих формул:

ts - exp [-а (Т) Е]

(1.1)



Формирование сегнетоэлектрических доменов

(для низких значений Е) или

Е-Ее

(1.2)

(для высоких значений £?), где ol{T) и {Т)-коэффициенты, определяемые температурой, при которой происходит переполяризация.

Мипимальпые размеры доменов типа «голова к хвосту», создаваемых приложением импульсных электрических полей перпендикулярно нолю спонтанной поляризации, составляют порядка 2-10 мкм в пластинах толгциной до 0,5 мм. Эти размеры определяются возможностями создания системы металлических электродов способами, ранее разработанными для встречно-гатыревых преобразователей поверхностных акустических волн (ПАВ). Основная трудность для высококоэрцитивных материалов, состоявгаая в возможности электрического пробоя между электродами в приложенном поле, была преодолена использованием жидких электролитических контактов [73].

1.1.2. образование пдс во внутренних полях

Первые регулярные доменные структуры были получены в процессе обычных технологических операций по созданию монодоменных образцов: непосредственно в процессе вырагци-вапия по методу Чохральского или термической послеростовой обработки. Подробная история создания доменных структур изложена в обзоре Александровского [31]. В первом методе доменная структура формировалась при охлаждении до температуры Кюри (Тс) расплава, содержагцего прострапственпые градиентные концентрации примесных ионов (например, иттрия) [32, 74],


кВ/см

рис. 1.3. зависимость времени нереполя-ризации монокристалла ниобата лития от приложенного внешнего электрического поля



[0] [1] [2] [ 3 ] [4] [5] [6] [7] [8] [9] [10] [11] [12] [13] [14] [15] [16] [17] [18] [19] [20] [21] [22] [23] [24] [25] [26] [27] [28] [29] [30] [31] [32] [33] [34] [35] [36] [37] [38] [39] [40] [41] [42] [43]

0.0008