BiFeO 3 铁电体畴分布特性及动态磁电耦合效应的飞秒激光探测研究
发布时间：2021-09-24 03:47
铁电材料是一种功能材料,其具有的优异电学和光学性能孕育出了它广阔的应用前景。电畴翻转是铁电材料显示宏观非线性本构行为的微观物理机制,铁电畴的取向直接决定着铁电材料的物理性质和应用方向,而电畴翻转后不同取向铁电畴体积分数的变化则直接与铁电材料及其器件的效率和稳定性挂钩。因此,确定铁电材料的畴取向及其体积分数（分布特性）对铁电器件工程至关重要。多铁性材料作为一种特殊的铁电材料,除具有铁电性外,还兼具有铁磁性等其他铁性序参量,上述铁性序参量之间的磁电耦合效应为高性能电子器件的设计提供了新的自由度。电磁振子作为多铁性材料一类新的元激发,被认为是多铁性材料动态磁电耦合效应的特有产物,其通常指的是磁振子中包含有铁电序参量的涨落。电磁振子蕴含着丰富而有趣的物理现象,厘清其物理特性及产生机制,对追溯多铁性材料动态磁电耦合效应的起源具有重要意义。飞秒激光因具有脉冲超短、峰值功率及电场强度高和光谱较宽等优点,是近年来激光科学发展起来的最强有力的新工具之一。飞秒激光探测技术作为一种全光学探测方法,更具有非接触、非破坏、效率和灵敏度极高等优点,可直接用于研究材料的物理性能及微观机制。基于此,本论文将从建立铁电...
【文章来源】：湘潭大学湖南省
【文章页数】：136 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１．１铁电材料的电滞回线图［１４］??２??
?第１章绪论???向，可以将铁电材料的铁电畴分为ｃ畴和ａ畴两大类，其中，ｃ畴和ａ畴??的极化方向分别垂直和平行薄膜表面，且ｃ畴和ａ畴可以组合成多种样式??的９０°畴和１８０°畴。根据铁电畴的微观形状可将铁电畴分为条状畴、薄片??状畴和指纹状畴等等。事实上，铁电材料的铁电畴类型很大部分与材料的??晶体结构有关系，如图１．２所示为ＢａＴｉ０３（ＢＴ０）晶体的相变过程图。当ＢＴＯ??属于立方相时，其为顺电结构，没有铁电畴；当ＢＴＯ属于四方相，且自发??极化沿＜１〇〇＞时，其具有９０°畴和１８０°畴；当ＢＴＯ属于斜方相，且自发极??化沿＜１１〇＞时，ＢＴＯ具有９０°畴、１８０°畴、６０°畴和１２０°畴；而当ＢＴＯ属于??菱方相，且自发极化沿＜１１１＞时，ＢＴＯ具有１８０°畴、７１°畴和１０９°畴…］。??Ｎｏｎ－ｐｏｌａｒ?＜１００＞?ｐｏｌａｒｉｚｅｄ?＜１１０＞?ｐｏｌａｒｉｚｅｄ?＜１１１＞?ｐｏｌａｒｉｚｅｄ??ｃｕｂｉｃ?ｔｅｔｒａｇｏｎａｌ?ｏｒｔｈｏｒｈｏｍｂｉｃ?ｒｈｏｍｂｏｈｅｄｒａｌ??Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ?１２０°Ｃ?ｒ〇〇１］?５°Ｃ?－９０°Ｃ?［ｉｌｌ］??ａ??（ａ）?（ｂ）?（ｃ）?（ｄ）??图１．２?ＢａＴｉＯｄｓ体的相变过程％??１．１．３铁电材料畴分布特性定量分析的重要性??分布在中文字典中的定义指的是－定地区或区域内的散布，铁电材料??畴分布指的是铁电畴在晶粒中的散布怡况。铁电畴的结构、类型和大小Ｍ??终都直接反映在铁电材料的畴分布上。铁电材料的畴分布不仅与铁电材料??的性质与器件的应用方向和效率有关系，还与铁电材料畴反转或背翻转后??的疲劳、保持性和稳定性
性能的调控。??２０／８０?３０／７０?４０／６０?５２／４８??（ａ）?＜ｃ丨?．１零??３００?ｎｍ??（６）６００＾?（ｆ＞?，２ｆｌｒｉ＾￣￣｜?丨??丨＿?＿芦??１?■?－?■?？?■???１．?１?－１２０?Ｌ＊￣．Ｔ?ｉ?＿＿ｉ＿＿．＿＿＿．＿ｉ—．—，＿．＿＿ｉ—ｋ??－２０?０?２０?４０?－１８００－１２００?－６００?０?８００?１２００?１８００??Ａｐｐｌｉｅｄ?ｖｏｌｔａｇｅ?（Ｖ）?Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ?ｆｉｅｌｄ?（ｋＶ／ｃｍ）??图１．３?（ａ－ｄ）不同锆钛比ＰＮＺＴ外延薄膜的压电力显微镜振幅图：（ａ）?２０／８０，??（ｂ）?３０／７０，?（ｃ）?４０／６０?和（ｄ）?５２／４８；?（ｅ）压电性能图；（ｆ）铁电性能图［２２］??接下来，Ｘｕ［２３］等人用脉冲激光沉积系统（ＰＬＤ）制备了?１５０ｎｍ的（００１）、??（１１０）和（１１１）三个不同取向的四方相ＰｂＺｒｏ．２Ｔｉｏ．８０３?（ＰＺＴ）薄膜。研究发现不??同取向的ＰＺＴ薄膜具有完全不同的铁电畴结构，如图１．４?（ａ）－（ｃ）所示。（００１）??取向ＰＺＴ薄膜具有面外畴ｆ和面内畴ｉｆ和尸２■，且其面外畴的数量占大多??数，远远要比面内畴的数量多。（１０１）取向的ＰＺＴ薄膜同样也具备三种不同??类型的畴结构，与薄膜平面呈４３．６°的面外畴尸，＋，夹角为６９°的面内畴条纹??Ｐ２＋和斤以及沿４３．６°分布的面内畴；同样的，其面外畴的数量占大多数，??远比面内畴的数量要多。（１１１）取向的ＰＺＴ薄膜，其铁电畴结构呈现出完全??不同的图案。该样品的原始畴由高密度的纳米畴组成，其结构是复杂且亚??稳态的，畴的平均大小为４
【参考文献】：
期刊论文
[1]磁电多铁性材料的宠儿:铁酸铋（BiFeO3）研究进展的十年回顾[J]. 姚携菲,张金星. 物理. 2014(04)
[2]多铁性十年回眸[J]. 刘俊明,南策文. 物理. 2014(02)
[3]单相多铁性材料中静态与动态磁电效应研究新进展[J]. 陈宏波,周毅,李有泉. 物理学进展. 2013(04)
[4]共沉淀法制备BiFeO3粉体[J]. 谈国强,博海洋,苗鸿雁,夏傲,贺中亮. 人工晶体学报. 2010(01)
[5]单相多铁性磁电体磁电起源及耦合机理分析[J]. 仲崇贵,蒋青,江学范,方靖淮. 材料导报. 2009(03)
[6]铁电体、热释电体、压电体和介电体及其之间的关系[J]. 电子元件与材料. 2006(04)
[7]飞秒激光技术及相关领域[J]. 戴戍,邵锐,明海. 光电子技术与信息. 1998(06)
博士论文
[1]飞秒激光作用下金属薄膜表面瞬态反射现象研究[D]. 许孝芳.江苏大学 2013
[2]多铁性材料的静态与动态磁电耦合性质[D]. 陈宏波.浙江大学 2012
[3]铁酸铋纳米材料的化学合成、表征及其光电转换与光催化特性[D]. 李永平.青岛大学 2012
[4]基于太赫兹时域光谱的检测技术研究[D]. 曹丙花.浙江大学 2009
[5]基于太赫兹时域光谱技术的生物分子和农药分子的检测技术研究[D]. 颜志刚.浙江大学 2008
硕士论文
[1]单相多铁和复合多铁材料的磁电特性研究[D]. 李真宇.山东大学 2016
[2]Z扫描测量材料光学非线性系数的研究[D]. 钟海.北京化工大学 2007
[3]铁电畴的扫描力显微镜检测方法研究[D]. 李松霞.电子科技大学 2003
本文编号：3407030
【文章来源】：湘潭大学湖南省
【文章页数】：136 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１．１铁电材料的电滞回线图［１４］??２??
?第１章绪论???向，可以将铁电材料的铁电畴分为ｃ畴和ａ畴两大类，其中，ｃ畴和ａ畴??的极化方向分别垂直和平行薄膜表面，且ｃ畴和ａ畴可以组合成多种样式??的９０°畴和１８０°畴。根据铁电畴的微观形状可将铁电畴分为条状畴、薄片??状畴和指纹状畴等等。事实上，铁电材料的铁电畴类型很大部分与材料的??晶体结构有关系，如图１．２所示为ＢａＴｉ０３（ＢＴ０）晶体的相变过程图。当ＢＴＯ??属于立方相时，其为顺电结构，没有铁电畴；当ＢＴＯ属于四方相，且自发??极化沿＜１〇〇＞时，其具有９０°畴和１８０°畴；当ＢＴＯ属于斜方相，且自发极??化沿＜１１〇＞时，ＢＴＯ具有９０°畴、１８０°畴、６０°畴和１２０°畴；而当ＢＴＯ属于??菱方相，且自发极化沿＜１１１＞时，ＢＴＯ具有１８０°畴、７１°畴和１０９°畴…］。??Ｎｏｎ－ｐｏｌａｒ?＜１００＞?ｐｏｌａｒｉｚｅｄ?＜１１０＞?ｐｏｌａｒｉｚｅｄ?＜１１１＞?ｐｏｌａｒｉｚｅｄ??ｃｕｂｉｃ?ｔｅｔｒａｇｏｎａｌ?ｏｒｔｈｏｒｈｏｍｂｉｃ?ｒｈｏｍｂｏｈｅｄｒａｌ??Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ?１２０°Ｃ?ｒ〇〇１］?５°Ｃ?－９０°Ｃ?［ｉｌｌ］??ａ??（ａ）?（ｂ）?（ｃ）?（ｄ）??图１．２?ＢａＴｉＯｄｓ体的相变过程％??１．１．３铁电材料畴分布特性定量分析的重要性??分布在中文字典中的定义指的是－定地区或区域内的散布，铁电材料??畴分布指的是铁电畴在晶粒中的散布怡况。铁电畴的结构、类型和大小Ｍ??终都直接反映在铁电材料的畴分布上。铁电材料的畴分布不仅与铁电材料??的性质与器件的应用方向和效率有关系，还与铁电材料畴反转或背翻转后??的疲劳、保持性和稳定性
性能的调控。??２０／８０?３０／７０?４０／６０?５２／４８??（ａ）?＜ｃ丨?．１零??３００?ｎｍ??（６）６００＾?（ｆ＞?，２ｆｌｒｉ＾￣￣｜?丨??丨＿?＿芦??１?■?－?■?？?■???１．?１?－１２０?Ｌ＊￣．Ｔ?ｉ?＿＿ｉ＿＿．＿＿＿．＿ｉ—．—，＿．＿＿ｉ—ｋ??－２０?０?２０?４０?－１８００－１２００?－６００?０?８００?１２００?１８００??Ａｐｐｌｉｅｄ?ｖｏｌｔａｇｅ?（Ｖ）?Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ?ｆｉｅｌｄ?（ｋＶ／ｃｍ）??图１．３?（ａ－ｄ）不同锆钛比ＰＮＺＴ外延薄膜的压电力显微镜振幅图：（ａ）?２０／８０，??（ｂ）?３０／７０，?（ｃ）?４０／６０?和（ｄ）?５２／４８；?（ｅ）压电性能图；（ｆ）铁电性能图［２２］??接下来，Ｘｕ［２３］等人用脉冲激光沉积系统（ＰＬＤ）制备了?１５０ｎｍ的（００１）、??（１１０）和（１１１）三个不同取向的四方相ＰｂＺｒｏ．２Ｔｉｏ．８０３?（ＰＺＴ）薄膜。研究发现不??同取向的ＰＺＴ薄膜具有完全不同的铁电畴结构，如图１．４?（ａ）－（ｃ）所示。（００１）??取向ＰＺＴ薄膜具有面外畴ｆ和面内畴ｉｆ和尸２■，且其面外畴的数量占大多??数，远远要比面内畴的数量多。（１０１）取向的ＰＺＴ薄膜同样也具备三种不同??类型的畴结构，与薄膜平面呈４３．６°的面外畴尸，＋，夹角为６９°的面内畴条纹??Ｐ２＋和斤以及沿４３．６°分布的面内畴；同样的，其面外畴的数量占大多数，??远比面内畴的数量要多。（１１１）取向的ＰＺＴ薄膜，其铁电畴结构呈现出完全??不同的图案。该样品的原始畴由高密度的纳米畴组成，其结构是复杂且亚??稳态的，畴的平均大小为４
【参考文献】：
期刊论文
[1]磁电多铁性材料的宠儿:铁酸铋（BiFeO3）研究进展的十年回顾[J]. 姚携菲,张金星. 物理. 2014(04)
[2]多铁性十年回眸[J]. 刘俊明,南策文. 物理. 2014(02)
[3]单相多铁性材料中静态与动态磁电效应研究新进展[J]. 陈宏波,周毅,李有泉. 物理学进展. 2013(04)
[4]共沉淀法制备BiFeO3粉体[J]. 谈国强,博海洋,苗鸿雁,夏傲,贺中亮. 人工晶体学报. 2010(01)
[5]单相多铁性磁电体磁电起源及耦合机理分析[J]. 仲崇贵,蒋青,江学范,方靖淮. 材料导报. 2009(03)
[6]铁电体、热释电体、压电体和介电体及其之间的关系[J]. 电子元件与材料. 2006(04)
[7]飞秒激光技术及相关领域[J]. 戴戍,邵锐,明海. 光电子技术与信息. 1998(06)
博士论文
[1]飞秒激光作用下金属薄膜表面瞬态反射现象研究[D]. 许孝芳.江苏大学 2013
[2]多铁性材料的静态与动态磁电耦合性质[D]. 陈宏波.浙江大学 2012
[3]铁酸铋纳米材料的化学合成、表征及其光电转换与光催化特性[D]. 李永平.青岛大学 2012
[4]基于太赫兹时域光谱的检测技术研究[D]. 曹丙花.浙江大学 2009
[5]基于太赫兹时域光谱技术的生物分子和农药分子的检测技术研究[D]. 颜志刚.浙江大学 2008
硕士论文
[1]单相多铁和复合多铁材料的磁电特性研究[D]. 李真宇.山东大学 2016
[2]Z扫描测量材料光学非线性系数的研究[D]. 钟海.北京化工大学 2007
[3]铁电畴的扫描力显微镜检测方法研究[D]. 李松霞.电子科技大学 2003
本文编号：3407030
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