铁电物理简介-.pptVIP

* * * 静态性质 密度矩阵 配分函数 自由能取极小值 自发极化 居里温度 在外场中 系统哈密顿量 赝自旋系统动力学 * * * * 应用量子力学理论，只借助基本常量和某些合理的近似进行的计算称为第一性原理的计算 。这种计算如实地把固体作为电子和原子核组成的多粒子系统，求出系统的总能量，根据总能量与电子结构和原子核构型的关系，确定系统的状态。显然，只有这样的计算才使人们有可能从电子和原子水平认识铁电性。软模理论专注于离子的运动，借助绝热原理实际上忽略了电子的影响。电子作为离子相互作用的中介，是第一性原理计算的主要对象。 * * * 极化开关研究的意义 极化反转快慢是由畴界运动速度（畴界动性）决定，与材料的结构、应力、缺陷有关。 开关研究的意义：1。研究电畴的成核、成长、合并及与材料结构、缺陷有关，开关动力学。 2．存储器读写速度。 APL 76,369 (2001) APL 80,2961 (2002) * * 5.应力效应(Stress Effect) 薄膜的应力是薄膜中重要参数之一，它不仅影响薄膜的性能，而且影响电子器件的可靠性。 应力可改变影响膜的力学、电学、光学、相变性质；造成膜开裂和从衬底上撕裂，甚至传到衬底永久失效；膜应力限制了膜的厚度。 应力也将改变畴结构；居里点和开关性质。 * * 薄膜中应力的引入 制膜过程温度变化引入的热应力 ?th=[Ef/(1-?f)](?f-?s)(Td-T) ?热膨胀系数，Ef杨氏模量，?泊松比，Td沉积温度 内应力 当原子排列很紧密（比平衡态时）产生压缩应力 当原子排列较平衡态为松时产生张应力 与膜沉积过程有关：与衬底和膜之间不匹配，温度、压力、浓度、杂质 外应力 居里点相变过程引入，绝大多数膜密度增加， ?e=[Ef/(1-?f)] (?V/3V) ?V/V膜中体积变化 Appl.Phys.Lett.76,3103,(2000); APL 80,2961(2002); APL 86,092904(2005) * * 6.尺寸效应（Size Effect） 薄膜厚度，晶粒大小对薄膜性能的影响 意义：提高存储密度，减少电容的尺寸，降低使用电压，需用减少薄膜厚度。 厚度减小：薄膜Pr减小，Ec增加 晶粒减小：能隙增大，光学性能变化 * * 尺寸效应的机制 1．界面层效应：铁电薄膜与电极之间有一层低介电常数的界面层，d/?=d/?I+d/?F 2．晶粒尺寸影响：畴结构的变化（由多畴变为单畴） 在大晶粒膜到小晶粒膜时 Phys. Rev. B 54, R14337,( 1996); Phys. Rev. B 55, 3485, (1997) 3．界面层应力：外延生长薄膜有1000MP的应力存在 J. A. P. 81, 1392, (1997); J. A. P. 83, 1610（ 1998） * * 7.电畴结构 晶体分成若干个小区域,每个小区域内部电偶极子沿同一方向,但各小区域中电偶极子方向不同,这些小区域称为”电畴”或”畴”(Domain). 畴的间界叫畴壁(Domain wall)。 畴的出现使晶体的静电能及应变能降低,但畴壁的存在引入了畴壁能. 电畴的结构或组态，电畴的动性对材料的铁电性能有极大的影响． * * 电畴结构 顺电相中，有若干个方向与自发极化出现的对称性等效。因为这些方向在晶体学上和物理性质方面都是等同的。 理想情况下，多畴晶体的对称性等于顺电相的对称性。 任何铁电晶体中，畴间夹角等于顺电相对称等效方向间的夹角。总的电畴结构决定于顺电相的对称性以及自发极化的方向 * * Several Important Concepts: @铁电相变：phase transition of ferroelectrics @铁电相与顺电(paraelectricity)相之间的转变 @居里温度（居里点） Tc 铁电体(ferroelectric) 变成顺电体(paraelectric) @实质 ：自发极化出现或消失 * * Domain and Domain Wall Dielectric Constant * * Lev Davidovich Landau Born: 22 Jan 1908 in Baku, Azerbaijan, Russian EmpireDied: 1 April 1968 in Moscow, USSR * * 3.铁电理论I：铁电宏观理论--朗道相变理论 将对称破缺引入到相变理论，强调对称性的重要性, 对称性的存在与否是不容模棱两可的,高对称性相中 某一对称元素突然消失