用横场伊辛模型研究退极化场对铁电薄膜的影响

考虑到退极化场对铁电薄膜性质的影响,提出了一个改进的横场伊辛模型,在平均场理论的框架下研究了薄膜的一系列铁电行为.计算结果表明退极化场使薄膜的自发极化曲线更加平坦,膜的极化变得更加均匀,得到了与朗道—金兹堡理论的一致结果.     

应变诱导外延Ba0.6Sr0.4TiO3薄膜铁电介电性能的频率依赖特性

基于修正的Landau-Devonshire唯象理论和Landau-Khalatnikov方程,研究了不同失配应变下外延Ba_0.6Sr_0.4TiO₃薄膜相稳定性和频率依赖的铁电介电性能。结果表明:室温下铁电c相、正交aa相和顺电相为稳态相且均为二级相变;在0.1 kHz的外加电场频率下,压应变增加了c相的面外剩余极化强度(P_r)和矫顽场(E_c),而拉应变增加了aa相的面内剩余极化强度和矫顽场。此外,随着频率的增加,相界处P_r和E_c均增加,介电常数呈先快速后缓慢的下降趋势,最大调谐率逐渐减小且相应失配应变逐渐趋于零,这主要归因于频率的增加导致相变温度(ΔT_c)升高。进一步计算显示,面外的失配应变移动、调谐率降低和ΔT_c分别为0.017%、10.6%、7.3 ℃,其与面内结果(0.019%,9.7%,7.7 ℃)相近。     

应变诱导外延Ba0.6Sr0.4TiO3薄膜铁电介电性能的频率依赖特性

利用偏轴磁控溅射技术,在(001)LaAlO₃单晶衬底上构架了Pt/Ba_0.6Sr_0.4TiO₃(BST)/La_0.5Sr_0.5CoO₃(LSCO)铁电电容器,研究了BST薄膜的结构与形貌、介电、漏电和储能性能。结果表明：BST薄膜为外延结构生长,表面光滑致密,其均方根粗糙度为1.228 nm。Pt/BST/LSCO电容器具有优异的介电性能,100 kHz频率下调谐率和最大损耗分别为73.73%和0.078,漏电流密度较低(10^-6A/cm²量级)。此外,BST薄膜展现了良好的储能特性及温度稳定性,在10 kHz频率和2 000 kV/cm外加场强下,其室温总储能密度、有效储能密度和储能效率分别为27.01 J/cm³、16.03 J/cm³和59.4%;在1 200 kV/cm外加场强下,温度为105 ℃时储能效率可高达72.2%,这主要归因于较高温度促进了离子的热运动,从而有效提升了储能效率。

     

退极化场对铁电超晶格热力学性质的影响

应用平均场理论,在横场伊辛模型的框架内,研究了退极化场对铁电超晶格热力学性质的影响.计算结果表明:退极化场使铁电超晶格的自发极化曲线更加平坦,使介电峰合并,并抑制超晶格的界面效应.     

锆掺杂对Ba0.5Sr0.5Nb2O6陶瓷铁电性能的影响

采用部分共沉淀法制备了纯相及锆掺杂的Ba0.5Sr0.5Nb2O6无铅铁电陶瓷,研究了其相组成、致密度及铁电性能。结果表明,适量的掺杂锆,并引入SiO2为烧结助剂,可制备出致密、单一的钨青铜Ba0.5Sr0.5(ZrxNb1-x)2O6陶瓷。随着Zr4+掺杂量的增加,陶瓷的矫顽场Ec有所降低,剩余极化强度Pr和饱和极化强度Ps均减小。     

利用同步辐射XRD研究BiFeO3 外延多铁薄膜的微结构

使用脉冲激光沉积在SrTiO₃ 衬底上生长了不同厚度的BiFeO₃(BFO)薄膜, X 射线衍射分析表明薄膜是BFO 外延薄膜. X 射线反射率测量发现BFO 薄膜密度随着厚度的增加而增加, 同时薄膜表面存在厚度为数纳米的非设计覆盖层. 随着厚度的增加, BFO 薄膜由完全应变过渡到应变部分弛豫状态, 同时BFO 从四方相转变为单斜相.     

PbTiO3多晶及薄膜材料强电场下的电热效应研究

基于Landau-Devonshire的热动力学模型,计算了PbTiO3块体及薄膜材料在铁电相变附近的电热效应。PbTiO3块体在769 K出现了一级铁电-顺电转变。700 K时其矫顽场为25MV·m-1。强的电场使得PbTiO3块体材料的一级相变逐渐转变为二级连续相变,且相变在更高的温度发生。PbTiO3薄膜材料的相变为二级相变,熵值减小,而熵变也相应减少。随着电场的增强,两者的比热容减小,但对应的温度向高温方向移动,2者的熵值却随着电场的增大而增强。对于PbTiO3薄膜来说,随着面内错配度的变化,张应力使相变温度降低,而压应力则相反。计算了PbTiO3块体与薄膜材料的绝热温变与制冷热容,其中块体的绝热温变ΔTad与制冷热容RC最大,分别为4.76 K与94.1 kJm-2K-1。     

LaNiO3缓冲层对Ba0.5 Sr0.5 TiO3薄膜微结构和介电性能的影响

利用射频磁控溅射法,在Pt/Ti/SiO2/Si和LaNiO2/Pt/Ti/SiO2/Si衬底上制备了Ba0.5Sr0.5TiO3薄膜.采用X-ray衍射(XRD)和原子力显微镜(AFM),研究了两种衬底上BST薄膜样品的结晶性和表面形貌.结果表明:BST薄膜材料均为钙钛矿相,直接生长在硅衬底上的BST薄膜无择优取向,晶粒尺寸为20～30 nm,而LaNiO2缓冲层上生长的BST薄膜则为(100)择优取向,晶粒尺寸约为150～200 nm.室温下测试了薄膜的介电性能.研究结果表明,LNO缓冲层显著提高了BST薄膜的介电常数和介电可调率.     

温度对铁电薄膜极化反转的影响

基于Landau-Khalatnikov运动学方程,研究含有表面过渡层的铁电薄膜的极化反转性质与温度的依赖关系。研究结果表明温度的升高会降低铁电薄膜的平均极化,降低反转电流的峰值,并且缩短铁电薄膜的极化反转时间。     

BiFeO3外延薄膜的自极化调控

通过对衬底/底电极界面行为的研究,发现界面效应可以调控BiFeO₃外延薄膜的自极化.由于底电极和薄膜均具有钙钛矿类型的结构,通过改变衬底/底电极的界面类型和阴/阳离子层排列方式,可以在BiFeO₃/SrRuO₃(La_0.67Sr_0.33MO₃)/SrTiO₃异质结构中获得两种不同类型的界面.实验结果表明BFO薄膜在SrTiO₃衬底上共格生长,且两种异质结薄膜呈向上/向下的内建电场E_b和c-畴180°翻转.这些研究结果揭示了不同底电极选择导致的异质结构界面处的电荷分布与内建电场方向的差异,为调控异质结性能提供了一种可选途径.