Полярні властивості та петлі гістерезису у багатошарових тонких плівках типу сегнетоелектрик/віртуальний сегнетоелектрик
DOI:
https://doi.org/10.15407/ujpe57.10.1038Ключові слова:
-Анотація
Використовуючи феноменологічну теорію Ландау–Гінзбурга–Девоншира, розраховано вплив деформацій невідповідності, поверхневої енергії та
розмірних ефектів на фазові діаграми, полярні властивості та петлі гістерезису у багатошарових тонких плівках типу сегнетоелектрик/віртуальний сегнетоелектрик. Вперше досліджено вплив пружних деформацій, що виникають на межі тонка плівка – підкладка внаслідок невідповідності сталих ґратки плівки та підкладки, на фазові діаграми багатошарових тонких плівок складу віртуальний сегнетоелектрик SrTiO3/ сегнетоелектрик BaTiO3. Виявилося, що у багатошарових плівках складу SrTiO3/BaTiO3 можуть існувати шість термодинамічно стійких фаз BaTiO3 (параелектрична, тетрагональна FEc, дві моноклінні: FEaac та FEac, дві орторомбічні: FEa та FEaa сегнетоелектричні фази) на відміну від об'ємного BaTiO3, де існують лише чотири фази (кубічна, тетрагональна, орторомбічна та ромбоедрична). Розраховано основні полярні властивості петель гістерезису (форма, коерцитивне поле і спонтанна поляризація) у тонких багатошарових плівках SrTiO3/BaTiO3. Показано, що у системі існує сильна залежність полярних властивостей від товщини шарів SrTiO3 і BaTiO3 та пружних деформацій невідповідності, причому SrTiO3 відіграє роль діелектричного прошарку: чим товщий прошарок, тим сильніше поле деполяризації, яке, у свою чергу, зменшує спонтанну поляризацію плівки BaTiO3.
Посилання
R. Nath, S. Zhong, S.P. Alpay, B.D. Huey, and M.W. Cole, Appl. Phys. Lett. 92, 012916 (2008).
https://doi.org/10.1063/1.2825287
J.Y. Jo, R.J. Sichel, E.M. Dufresne, H.N. Lee, S.M. Nakhmanson, and P.G. Evans, Phys. Rev. B 82, 174116 (2010).
J.Y. Jo, R.J. Sichel, H.N. Lee, S.M. Nakhmanson, E.M. Dufresne, and P.G. Evans, Phys. Rev. Lett. 104, 207601 (2010).
V.A. Stephanovich, I.A. Luk'yanchuk, and M.G. Karkut, Phys. Rev. Lett. 94, 047601 (2005).
https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.94.047601
D.G. Schlom, L.-Q. Chen, X. Pan, A. Schmehl, and M.A. Zurbuchen, J. Am. Ceram. Soc. 91, 2429 (2008).
https://doi.org/10.1111/j.1551-2916.2008.02556.x
X. Wu, K.M. Rabe, and D. Vanderbilt, Phys. Rev. B 83, 020104 (2011).
A.L. Roytburd, S. Zhong, and S.P. Alpay, Appl. Phys. Lett. 87, 092902 (2005).
https://doi.org/10.1063/1.2032601
E. Bousquet, M. Dawber, N. Stucki, C. Lichtensteiger, P. Hermet, S. Gariglio, J.-M. Triscone, and P. Ghosez, Nature 452, 732 (2008).
https://doi.org/10.1038/nature06817
D.D. Fong, G.B. Stephenson, S.K. Streiffer, J.A. Eastman, O. Auciello, P.H. Fuoss, and C. Thompson, Science 304, 1650 (2004).
https://doi.org/10.1126/science.1098252
M.B. Okatan, J.V. Mantese, and S.P. Alpay, Acta Mater. 58, 39 (2010).
https://doi.org/10.1016/j.actamat.2009.08.055
M.B. Okatan, I.B. Misirlioglu, and S.P. Alpay, Phys. Rev. B 82, 094115 (2010).
https://doi.org/10.1103/PhysRevB.82.094115
I.B. Misirlioglu, G. Akcay, and S. Zhong, J. Appl. Phys. 101, 036107 (2007).
https://doi.org/10.1063/1.2433766
N.A. Pertsev, V.G. Kukhar, H. Kohlstedt, and R. Waser, Phys. Rev. B 67, 054107 (2003).
https://doi.org/10.1103/PhysRevB.67.054107
A. Sharma, Z.-G. Ban, S.P. Alpay, and J.V. Mantese, J. Appl. Phys. 95, 3618 (2004).
https://doi.org/10.1063/1.1649460
Z.-G. Ban and S. P. Alpay, Appl. Phys. Lett. 82, 3499 (2003).
https://doi.org/10.1063/1.1576503
B.D. Qu, W.L. Zhong, and R.H. Prince, Phys. Rev. B 55, 11218 (1997).
https://doi.org/10.1103/PhysRevB.55.11218
K.H. Chew, Y. Ishibashi, and F.G. Shin, Ferroelect. 357, 133 (2007).
https://doi.org/10.1080/00150190701542430
N.A. Pertsev, A.G. Zembilgotov, and A.K. Tagantsev, Phys. Rev. Lett. 80, 1988 (1998).
https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.80.1988
J.S. Speck and W. Pompe, J Appl. Phys. 76, 466 (1994).
https://doi.org/10.1063/1.357097
G. Rupprecht and R.O. Bell, Phys. Rev. A 135, 748 (1964).
https://doi.org/10.1103/PhysRev.135.A748
C.-L. Jia, V. Nagarajan, J.-Q. He, L. Houben, T. Zhao, R. Ramesh, K. Urban, and R. Waser, Nature Mater. 6, 64 (2007).
https://doi.org/10.1038/nmat1808
G.A. Smolenskii, V.A. Bokov, V.A. Isupov, N.N. Krainik, R.E. Pasynkov, and A.I. Sokolov, Ferroelectrics and Related Materials (Gordon and Breach, New York, 1984).
Y.L. Wang, A.K. Tagantsev, D. Damjanovic, N. Setter, V.K. Yarmarkin, and A.I. Sokolov, J. Appl. Phys. 101, 104115 (2007).
https://doi.org/10.1063/1.2733744
A. Fleury and J.M. Worlock, Phys. Rev. 174, 613 (1968).
https://doi.org/10.1103/PhysRev.174.613
H. Uwe and T. Sakudo, Phys. Rev. B 15, 337 (1977).
https://doi.org/10.1103/PhysRevB.15.337
The order of magnitude g~10^-10 V m^3/K corresponds to ordinary "rigid" ferroelectrics like PTO, whereas g~ 10^-9 V m^3/K seems to be more typical of virtual ferroelectrics, "soft" ferroelectrics, and ferroelectric semiconductors.
A. Pertsev, A.K. Tagantsev, and N. Setter, Phys. Rev. B 61, 825 (2000).
Downloads
Опубліковано
Як цитувати
Номер
Розділ
Ліцензія
Ліцензійний Договір
на використання Твору
м. Київ, Україна
Відповідальний автор та співавтори (надалі іменовані як Автор(и)) статті, яку він (вони) подають до Українського фізичного журналу, (надалі іменована як Твір) з одного боку та Інститут теоретичної фізики імені М.М. Боголюбова НАН України в особі директора (надалі – Видавець) з іншого боку уклали даний Договір про таке:
1. Предмет договору.
Автор(и) надає(ють) Видавцю безоплатно невиключні права на використання Твору (наукового, технічного або іншого характеру) на умовах, визначених цим Договором.
2. Способи використання Твору.
2.1. Автор(и) надає(ють) Видавцю право на використання Твору таким чином:
2.1.1. Використовувати Твір шляхом його видання в Українському фізичному журналі (далі – Видання) мовою оригіналу та в перекладі на англійську (погоджений Автором(ами) і Видавцем примірник Твору, прийнятого до друку, є невід’ємною частиною Ліцензійного договору).
2.1.2. Переробляти, адаптувати або іншим чином змінювати Твір за погодженням з Автором(ами).
2.1.3. Перекладати Твір у випадку, коли Твір викладений іншою мовою, ніж мова, якою передбачена публікація у Виданні.
2.2. Якщо Автор(и) виявить(лять) бажання використовувати Твір в інший спосіб, як то публікувати перекладену версію Твору (окрім випадку, зазначеного в п. 2.1.3 цього Договору); розміщувати повністю або частково в мережі Інтернет; публікувати Твір в інших, у тому числі іноземних, виданнях; включати Твір як складову частину інших збірників, антологій, енциклопедій тощо, то Автор(и) мають отримати на це письмовий дозвіл від Видавця.
3. Територія використання.
Автор(и) надає(ють) Видавцю право на використання Твору способами, зазначеними у п.п. 2.1.1–2.1.3 цього Договору, на території України, а також право на розповсюдження Твору як невід’ємної складової частини Видання на території України та інших країн шляхом передплати, продажу та безоплатної передачі третій стороні.
4. Строк, на який надаються права.
4.1. Договір є чинним з дати підписання та діє протягом усього часу функціонування Видання.
5. Застереження.
5.1. Автор(и) заявляє(ють), що:
– він/вона є автором (співавтором) Твору;
– авторські права на даний Твір не передані іншій стороні;
– даний Твір не був раніше опублікований і не буде опублікований у будь-якому іншому виданні до публікації його Видавцем (див. також п. 2.2);
– Автор(и) не порушив(ли) права інтелектуальної власності інших осіб. Якщо у Творі наведені матеріали інших осіб за виключенням випадків цитування в обсязі, виправданому науковим, інформаційним або критичним характером Твору, використання таких матеріалів здійснене Автором(ами) з дотриманням норм міжнародного законодавства і законодавства України.
6. Реквізити і підписи сторін.
Видавець: Інститут теоретичної фізики імені М.М. Боголюбова НАН України.
Адреса: м. Київ, вул. Метрологічна 14-б.
Автор: Електронний підпис від імені та за погодження всіх співавторів.
.png){kind=small}
