Двумерные сегнетоэлектрические кристаллы

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

В рамках теории Ландау–Гинзбурга рассмотрены кинетика переключения поляризации сегнетоэлектрических кристаллов и переход от доменного переключения к однородному в наноразмерных монокристаллических пленках. Показано, что в рамках выбранной теории однородное (бездоменное) переключение может быть описано только для двумерных сегнетоэлектриков. Приведены экспериментальные результаты для двумерных пленок сегнетоэлектрического полимера и титаната бария. Для сверхтонких полимерных пленок эти результаты подтверждаются также расчетами из первых принципов.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

В. М. Фридкин

Институт кристаллографии им. А.В. Шубникова Курчатовского комплекса кристаллографии и фотоники НИЦ “Курчатовский институт”

Автор, ответственный за переписку.
Email: fridkinv@gmail.com
Россия, Москва

Список литературы

  1. Valasek J. // Phys. Rev. 1920. V. 15. P. 537.
  2. Valasek J. // Phys. Rev. 1921. V. 17. P. 475. https://doi.org/10.1103/PhysRev.17.475
  3. Вул Б.M., Гольдман И.M. // Докл. АН СССР. 1945. Т. 46. С. 154.
  4. Acosta M., Novak N., Rojas V. et al. // Appl. Phys. Rev. 2017. V. 4. P. 041305. https://doi.org/10.1063/1.4990046
  5. Ландау Л.Д. // ЖЭТФ. 1937. Т. 7. С. 627.
  6. Гинзбург В.Л. // ЖЭТФ. 1945. Т. 15. С. 739.
  7. Гинзбург В.Л. // ЖЭТФ. 1949. T. 19. C. 36.
  8. Классен-Неклюдова М.В., Чернышова М.А., Штенберг А.А. // Докл. АН СССР. 1948. Т. 18. С. 527.
  9. Merz W.J. // Phys. Rev. 1953. V. 91. P. 513. https://doi.org/10.1103/physrev.91.513
  10. Ishibashi Y. // Jpn. J. Appl. Phys. 1992. V. 31. P. 2822. https://doi.org/10.1143/jjap.31.2822
  11. Колмогоров A.H. // Изв. АН СССР. Серия матем. 1937. Т. 1. С. 355.
  12. Avrami M. // J. Chem. Phys. 1940. V. 8. P. 212.
  13. Tagantsev A.K., Cross L.E., Fousek J. Domains in Ferroic Crystals and Thin Films. New York: Springer, 2010. 822 p.
  14. Shin Y-H., Grinberg I., Chen I.-W. et al. // Nature. 2007. V. 449. P. 881. https://doi.org/10.1038/nature06165
  15. Miller R.C., Weinreich G. // Phys. Rev. 1960. V. 117. P. 1460. https://doi.org/10.1103/PhysRev.117.1460
  16. Onsager L. // Phys. Rev. 1944. V. 65. P. 117. https://doi.org/10.1103/PhysRev.65.117
  17. Ландау Л.Д., Лифшиц E.M. Статистическая физика: M.: Наука, 1964. 568 c.
  18. Palto S.P., Blinov L.M., Bune A.V. et al. // Ferroelectrics Lett. 1995. V. 19. P. 65. https://doi.org/10.1080/07315179508204276
  19. Bune A., Fridkin V., Ducharme S. et al. // Appl. Phys. Let. 1995. V. 67. P. 3975. https://doi.org/10.1063/1.114423
  20. Palto S., Blinov L., Bune A. et al. // Ferroelectrics. 1996. V. 184. P. 127.
  21. Bune A.V., Fridkin V.M., Ducharme S. et al. // Nature. 1998. V. 391. P. 874. https://dx.doi.org/10.1038/36069
  22. Bune A.V., Zhu C., Ducharme S. et al. // J. Appl. Phys. 1999. V. 85. P. 7869. https://digitalcommons.unl.edu/physicsducharme/15
  23. Fridkin V.M., Ducharme S. Ferroelectricity at the Nanoscale. Basic and Applications. New York: Springer, 2014. 120 p. https://doi.org/10.1007/978-3-642-41007-9
  24. Фридкин В.M., Дюшарме С. // Успехи физ. наук. 2014. Т. 184. С. 645. https://doi.org/10.3367/UFNe.0184.201406d.0645
  25. Блинов Л.М., Фридкин В.М., Палто С.П. и др. // Успехи физ. наук. 2000. Т. 170. С. 247. https://doi.org/10.3367/UFNr.0170.200003b.0247
  26. Vizdrik G., Ducharme S., Fridkin V.M., Yudin S.G. // Phys. Rev. В. 2003. V. 68. P. 094113. https://doi.org/10.1103/PhysRevB.68.094113
  27. Ievlev A., Verkhovskaya K., Fridkin V. // Ferroelectrics Lett. 2006. V. 33. P. 147. https://doi.org/10.1080/07315170601015031
  28. Ricinschi D., Harnagia C., Papusoi C. et al. // J. Phys. Condens. Matter. 1998. V. 10. P. 477. https://doi.org/10.1088/0953-8984/10/2/026
  29. Ландау Л.Д., Халатников И.T. // Докл. АН СССР. 1954. Т. 96. С. 469.
  30. Gaynutdinov R.V., Mitko S., Yudin S.G. et al. // Appl. Phys. Let. 2011. V. 99. P. 142904. https://doi.org/10.1063/1.3646906
  31. Gaynutdinov R.V., Yudin S., Ducharme S., Fridkin V. // J. Phys. Condens. Matter. 2012. V. 24. P. 015902. https://doi.org/10.1088/0953-8984/24/1/015902
  32. Wang J.L., Liu B.L., Tian B.B. et al. // Appl. Phys. Lett. 2014. V. 104. P. 182907. https://doi.org/10.1063/1.4875907
  33. Ducharme S., Fridkin V.M. // Condensed Matter. 2003. https://doi.org/10.48550/arXiv.cond-mat/0307293
  34. Gu Z., Imbrenda D., Bennett-Jackson A.L. et al. // Phys. Rev. Lett. 2017. V. 118. P. 096601. https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.118.096601
  35. Stolichnov I., Cavalieri M., Colla E. et al. // ACS Appl. Mater. Interfaces. 2018. V. 10. P. 30514. https://doi.org/10.1021/acsami.8b07988
  36. Buragohain P., Richter C., Schenk T. et al. //Appl. Phys. Lett. 2018. V. 112. P. 222901. https://doi.org/10.1063/1.5030562
  37. Hoffmann M., Fengler F.P.G., Herzig M. et al. // Nature. 2019. V. 565. P. 464. https://doi.org/10.1038/s41586-018-0854-z
  38. Bystrov V.S. // Phys. В: Condens. Matter. 2014. V. 432. P. 21. https://doi.org/10.1016/j.physb.2013.09.016
  39. Paramonova E.V., Filippov S.V., Gevorkyan V.E. et al. // Ferroelectrics. 2017. V. 509. P. 143. https://doi.org/10.1080/00150193.2017.1296317
  40. Bystrov V.S., Paramonova E.V., Bystrova A.V. et al. // Math. Biol. Bioinform. 2015. V. 10. P. 372. https://doi.org/10.17537/2015.10.372
  41. Gevorkyan V.E., Paramonova E.V., Avakyan L.A., Bystrov V.S. // Math. Biol. Bioinform. 2015. V. 10. Р. 131. https://doi.org/10.17537/2015.10.131
  42. Murrell J.N., Harget A.J. Semi-Empirical Self-Consistent-Field Molecular Orbital Theory of Molecules. London: John Wiley & Sons, 1972. 180 p.
  43. Stewart J.J.P. // J. Comput. Chem. 1989. V. 10. P. 209. https://dx.doi.org/10.1002/jcc.540100208
  44. Stewart J.J.P. // J. Comput. Aided Mol. Des. 1990. V. 4. P. 1. https://doi.org/10.1007/BF00128336
  45. HyperChem (TM) 7.51, Tools for Molecular Modeling, HyperChem 8.0, Professional Edition, Gainesville, Hypercube. Inc., 2002 and 2010, Accessed 27.02.2020. http://www.hyper.com/7tabidD360
  46. Bystrov V.S., Bystrova N.K., Paramonova E.V. et al. // J. Phys. Condens. Matter. 2007. V. 19. P. 456210. https://doi.org/10.1088/0953-8984/19/45/456210
  47. Bystrov V.S., Paramonova E.V., Dekhtyar Y. et al. // J. Appl. Phys. 2012. V. 111. P. 104113. https://doi.org/10.1063/1.4721373
  48. Bystrov V.S., Paramonova E.V., Bdikin I.K. et al. // J. Mol. Model. 2013. V. 19. P. 3591. https://doi.org/10.1007/s00894-013-1891-z
  49. Nakhmanson S.M., Korlacki R., Johnston J.T. et al. // Phys. Rev. В. 2010. V. 81. P. 174120. https://doi.org/10.1103/PhysRevB.81.174120
  50. Duan C., Mei W.N., Hardy J.R. et al. // Europhys. Lett. 2003. V. 61. P. 81. https://doi.org/10.1209/epl/i2003-00248-2
  51. Yamada К., Saiki A., Sakaue H. et al. // Jpn. J. Appl. Phys. 2001. V. 40. P. 4829. https://doi.org/10.1143/JJAP.40.4829

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Сегнетоэлектрический полимер поливини- лиденфторид (PVDF): а – полярная трансформация с суммарной поляризацией Р > 0; б – неполярная гош-конформация с суммарной поляризацией Р = 0; в – формирование PVDF-пленки Ленгмюра–Блоджетт на поверхности воды; г – перенос нескольких слоев ЛБ-пленки PVDF на подложку электродом; д – изображение ЛБ-пленки P(VDF-TrFE) методом сканирующей туннельной микроскопии [21, 23] (из [21]).

Скачать (285KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Петли гистерезиса при температуре 25°С, измеренные пироэлектрическим методом в ЛБ-пленках P(VDF-TrFE) 70:30 с разным числом МС [21, 23]; Ip – пироэлектрический ток.

Скачать (203KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Зависимость τ⁻² от напряжения V для ЛБ-пленок P(VDF-TrFE), измеренная импульсно-зондовым методом. Для образца с 30 МС кружки соответствуют экспериментальным данным, штриховая кривая показывает соответствие данных образца экспоненциальной зависимости. Треугольники представляют экспериментальные данные для образцов с 10 МС, штриховые кривые показывают соответствие уравнению (7) данных образца [30, 31].

Скачать (118KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Петли гистерезиса ЛБ-пленки PVDF [32] с разным числом монослоев: 5, 10, 20, 30, 50 и 100 МС (а); вставка показывает линейную зависимость обратного значения емкости С от толщины пленки d. Ес как функция толщины ЛБ-пленки PVDF (при d = 8–20 нм – переходная область) (б).

Скачать (254KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Зависимость времени переключения τ от напряжения для пленки BaTiO₃ толщиной 8 нм [23, 24, 33]: а – в конденсаторе, б – при зондовом режиме в атомно-силовом микроскопе (кривые τ⁻²(V) соответствуют расчетам по формуле (7)); в – объемный кристалл BaTiO₃, кривая соответствует экспоненте в виде lnτ(V⁻¹) (получено с помощью пьезоотклика на атомно-силовом микроскопе); г – зависимость коэрцитивного поля Ec от толщины пленки.

Скачать (178KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2024