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]

препятствовала их применению в акустоэлектронных устройствах.

По-видимому, более перспективным в акустоэлектронных устройствах было бы применение оксидных сегнетоэлектриков с периодическими доменными структурами. Более того, доменные структуры в кристаллах германата свинца и молибдата гадолиния уже иснользовались для отражения, преломления и генерации акустических волн [117, 118].

Хотя в проведенных ранее исследованиях по взаимодействию акустических волн с фотоиндуцированными электронами [119-121] не было обнаружено возникновение регулярных доменных структур, возможность их образования уже становилась реальной задачей. По сугцеству, электрическое ноле стоячей акустической волны в пьезоэлектрике-сегнетоэлектрике должно было бы выполнять ту же роль, что и поле фотовольтаического эффекта при чисто оптическом формировании доменов. Главная трудность состояла в создании таких градиентов электрических нолей, сформированных акустической волной, которые были бы достаточны для локальной нереполяризации образца.

Основной причиной неудач было проведение экспериментов при комнатной температуре, при которой акустически индуцированные градиенты электрического поля были недостаточны для нереполяризации. Только при использовании оптимального соотногаепия концентраций ионов Fe+/Fe+ ~ 0,3 и в температурном диапазоне 130-150 °С была сформирована ПДС в нио-бате лития стоячей поверхностной акустической волной с амплитудой относительной деформации порядка 10~ в условиях облучения однородным лазерным пучком с А = 0,53 мкм [122, 123]. Период сформированной ПДС соответствовал длине волны стоячей ПАВ. Поскольку ПАВ распространялась вдоль оси поляризации, то сформировалась структура типа «голова к голове» с размерами доменов около 35 мкм. Глубина доменов от поверхности составляла 20-30 мкм. Качество домепов оказалось достаточно совергаенным, и сформированная ПДС была использована для лазерной генерации акустических волн.

Феноменологически процесс образования инвертированных доменов может быть объяснен следуюгцим образом. Как следует из описанного выгае эксперимента но электрической переноляризации ранее монодоменного образца ниобата лития, значения напряженности приложенного электрического поля £пол5 необходимого для переполяризации, сильно зависят от температуры. При этом поле £пол при 150 °С составляет 1,6-10 В/см. В то же время, определенная компенсационным методом величина изменения показателя преломления п (при биполярном характере



Сегнетоэлектрические ПДС в поле акустической волны

его изменения) составила для образцов с различными обгцими концентрациями примесных ионов железа от 2 • 10~ до 6 • 10~ (рис. 1.7), что соответствует значениям напряженности индуцированного ноля от 1,7 • 10 до 5,2 • 10 В/см. Сопоставимость

а -4 м~3-10

/50 \

/юо \

/ 150, мкм

м< 10™

150, мкм

Рис. 1.7. Зависимость изменения показателя преломления образца ниобата лития с общей концентрацией ионов железа порядка 5 • 10~ ат. % от амплитуды относительных акустических деформаций при Т = 140 °С: а - биполярная; б - униполярная

значений этих полей, а также кратность размеров доменов длине стоячей волны подтверждает предположение о том, что пьезоэлектрическое поле является причиной образования инверсных доменов.

На микроскопическом уровне процесс образования доменной структуры можно объяснить с помогцью модели, представленной в [81].

Электрическое поле, сопровождаюгцее акустическую волпу в пьезоэлектрическом кристалле (пьезоэлектрическое поле), можно считать квазистатической волной. Поскольку в диапазоне частот 10-10 Гц длина свободного пробега электронов во много раз меньгае длины акустической волпы, то пьезоэлектрическое поле можно рассматривать в классическом пределе как источник возмугцения начальной равномерной плотности свободных электронов (по). Тогда плотность тока, созданного действием пьезоэлектрического поля Еа можно представить как

ja = q (no +Па) рЕа,

(1.17)

где д -заряд электрона; - концентрация электронов, зависягцая от интенсивности акустических колебаний и определяемая



величиной нелинейного акустоэлектронного взаимодействия; /i - подвижность электронов.

При взаимодействии двух встречных акустических волн, что соответствует условиям нагаего эксперимента, возникает нелинейный ток:

ja = qp {rial Eal + Па2 Еа2) •

(1.18)

При равенстве частот и пьезоэлектрических полей встречных волн ток ja создает пространственно модулированный электрический потенциал с нулевой частотой и волновым вектором ка = 2uj/Va, где Va -скорость акустической волны. В данном приближении мы не рассматриваем ноля высгаих гармоник вида 2а;, За; и т.д., поскольку они пе имеют постоянных компонент электрического поля.

Таким образом, равномерно фотогенерируемые электроны будут находиться в пространственно модулируемом электрическом ноле, что в определенной степени аналогично поведению электронов в фотоиндуцированной голографической регаетке.


Свободные электроны

Ионы Fe

- Ионы Fe

Рис. 1.8. Перераспределение фотовозбужденных электронов и ионов в поле стоячей ПАВ

Однако в нервом случае их перемегцение в основном осугцествля-ется нолем пьезоэлектрической волны (рис. 1.8), а во втором случае - фотовольтаическим полем.

Поле пространствепного заряда, помимо известных материальных параметров и интенсивности оптического пучка, зависит от длины свободного пробега электронов. Как известно [112],



[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