Презентация на тему "Лекция 3. РАЗМЕРНЫЕ ЭФФЕКТЫ В СЕГНЕТОЭЛЕКТРИКАХ"

Содержание

• 
  Слайд 1

  Лекция 3. РАЗМЕРНЫЕ ЭФФЕКТЫ В СЕГНЕТОЭЛЕКТРИКАХ

  НАНОРАЗМЕРНЫЕ СЕГНЕТОЭЛЕКТРИКИ

• 
  Слайд 2
  

  Как изменяются свойства материала при переходе к наноразмерам? Бог создал объем; поверхность придумал дьявол. В. Паули Ступеньки & шероховатость Царапины & трещины Загрязнения и пыль Пластические и механические деформации Окисление Натяжение (стресс) Дислокации Объем Подложка d0 Тонкая пленка (пример)

• 
  Слайд 3
  

  Уменьшаем d0до наноразмеров “Объемный” материал (d0 > 1 мкм) d0 Как изменяются свойства материала при переходе к наноразмерам?

• 
  Слайд 4
  

  СОВРЕМЕННЫЕ НАНОТЕХНОЛОГИИ ДОЛЖНЫ ОБЕСПЕЧИВАТЬ:

• 
  Слайд 5
  

  МАГНИТНЫЕИ СЕГНЕТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ (ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ) СВОЙСТВА H.Miguez, A.Blanco et al. // J. Lightwave Technol. 1999. V. 17. № 11. P.1975−1981. Полидоменная структура Узкая петля гистерезиса с «вертикальной» ориентацией Малое коэрцитивное поле Однодоменная структура Широкая петля гистерезиса Большое коэрцитивное поле Суперпараэлектрик, квази-монодоменное состояние «Схлопнутая» петля гистерезиса Отсутствие спонтанной поляризации Параэлектрик, отсутствие поляризации и гистерезиса Линейная зависимость от внешнего поля

• 
  Слайд 6
  

  Методика измерения электрофизических свойств – интегральная по всему образцу (электроды, измерение вольт-фарадных характеристик, метод Сойера-Тауэра, слабые рабочие токи) Чувствительность аппаратуры Влияние интерфейса пленка-подложка МАГНИТНЫЕИ СЕГНЕТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ (ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ) СВОЙСТВА

• 
  Слайд 7
  

  Влияние кристаллической структуры, изменение температуры фазового перехода при переходе к наноразмерам (обычно область ФП становится размытой или происходит смещение ФП в область более низких температур) МАГНИТНЫЕИ СЕГНЕТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ (ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ) СВОЙСТВА 200С 390С 480С 620С 700С 900С

• 
  Слайд 8
  

  РАЗМЕРНЫЕ ЭФФЕКТЫ В СЕГНЕТОЭЛЕКТРИКАХ Теоретическое рассмотрение размерных эффектов производится с использованием двух характерных длин: корреляционной длины и экстраполяционной длины Корреляционный объем – определяет необходимое для возникновения сегнетоэлектричества число упорядоченных диполей. Существует анизотропия КО: сильное дальнодействующее взаимодействие вдоль полярной оси и более слабое в перпендикулярном направлении (оно способствует образованию центросимметричной параэлектрической фазы).

• 
  Слайд 9
  

  РАЗМЕРНЫЕ ЭФФЕКТЫ В СЕГНЕТОЭЛЕКТРИКАХ Корреляционная длина зависит от того, насколько температура образца далека от температуры фазового перехода   где   Корреляционная длина ξ– характерный минимальный размер образца вдоль полярной оси, при котором еще сохраняется устойчивое СЭ состояние Предельные толщины, при которых наблюдалось СЭ: Полимерные пленки – 10 Å Перовскит ЦТС – 40 Å (порядка 10 элементарных ячеек) РТО на SrTiO3 – от 12 до 42 Å BST – порядка 50 Å

• 
  Слайд 10
  

  РАЗМЕРНЫЕ ЭФФЕКТЫ В СЕГНЕТОЭЛЕКТРИКАХ Влияние поверхности на поляризацию сегнетоэлектрика Используется феноменологический подход для описания изменения поляризации на поверхности СЭ пленки. Для этого в разложении полной свободной энергии Гинзбурга-Ландау-Девоншира был добавлен поверхностный член, что привело к появлению градиента поляризации от поверхности и т.н. экстраполяционной длины δ, такой, что:   Р0 – спонтанная поляризация. Положительное значение δ свидетельствует об уменьшении поляризации вблизи поверхности относительно поляризации объема; отрицательное – наоборот.

• 
  Слайд 11
  

  РАЗМЕРНЫЕ ЭФФЕКТЫ В СЕГНЕТОЭЛЕКТРИКАХ Подавление сегнетоэлектричества связано с качеством образцов: «мертвые» слои на поверхности границы зерен кислородные вакансии отличие свойств поверхности от свойств объема пленки гипотеза о существовании пространственного заряда вблизи поверхности (Кенциг, 1955) Влияние кислородных вакансий: - формирование пространственного приповерхностного заряда; - поляризационная «усталость» - деградация свойств СЭ «Мертвые» слои: - пиннинг доменов - бомбардировка ионами в процессе осаждения электрода - отклонение от стехиометрии из-за потери летучих компонент

• 
  Слайд 12
  

  РАЗМЕРНЫЕ ЭФФЕКТЫ В СЕГНЕТОЭЛЕКТРИКАХ: ВЛИЯНИЕ ЭКРАНИРОВАНИЯ Идеальный СЭ конденсатор с идеальными электродами: экранирующие заряды распределены строго на границе пленки и электрода и полностью компенсируют поверхностные заряды, связанные с поляризацией.

• 
  Слайд 13
  

  РАЗМЕРНЫЕ ЭФФЕКТЫ В СЕГНЕТОЭЛЕКТРИКАХ: ВЛИЯНИЕ ЭКРАНИРОВАНИЯ В реальных электродах экранирующие заряды распределены в конечной малой области в металле  неполная компенсация за счет смещения экранирующих зарядов от границ раздела  создание диполей на границах  падение напряжения на границах V. деполяризации   d - толщина пленки, eff – эффективная длина экранирования системы. Для того, чтобы вся структура осталась эквипотенциальной, нужно падение компенсирующего потенциала на пленке  в пленке возникает деполяризующее поле

• 
  Слайд 14
  

  РАЗМЕРНЫЕ ЭФФЕКТЫ В СЕГНЕТОЭЛЕКТРИКАХ: ВЫВОД

• 
  Слайд 15
  

  ИЗГОТОВЛЕНИЕ СЕГНЕТОЭЛЕКТРИЧЕСКИХ НАНОСТРУКТУР Martin Alexe, Max Plank Institute of Microstructure Physics, Halle, Germany

• 
  Слайд 16
  

  ИЗГОТОВЛЕНИЕ СЕГНЕТОЭЛЕКТРИЧЕСКИХ НАНОСТРУКТУР

• 
  Слайд 17
  

  ИЗГОТОВЛЕНИЕ СЕГНЕТОЭЛЕКТРИЧЕСКИХ НАНОСТРУКТУР: ЛИТОГРАФИЯ

• 
  Слайд 18
  

  ИЗГОТОВЛЕНИЕ СЕГНЕТОЭЛЕКТРИЧЕСКИХ НАНОСТРУКТУР: ТРАВЛЕНИЕ ФОКУСИРОВАННЫМ ИОННЫМ ПУЧКОМ

• 
  Слайд 19
  

  ИЗГОТОВЛЕНИЕ СЕГНЕТОЭЛЕКТРИЧЕСКИХ НАНОСТРУКТУР: ТРАВЛЕНИЕ ФОКУСИРОВАННЫМ ИОННЫМ ПУЧКОМ

• 
  Слайд 20
  

  ИЗГОТОВЛЕНИЕ СЕГНЕТОЭЛЕКТРИЧЕСКИХ НАНОСТРУКТУР: ТРАВЛЕНИЕ ФОКУСИРОВАННЫМ ИОННЫМ ПУЧКОМ Размерные эффекты в наноразмерных структурах ЦТС

• 
  Слайд 21
  

  ИЗГОТОВЛЕНИЕ СЕГНЕТОЭЛЕКТРИЧЕСКИХ НАНОСТРУКТУР: ЭЛЕКТРОННО-ЛУЧЕВАЯ ЛИТОГРАФИЯ

• 
  Слайд 22
  

  ИЗГОТОВЛЕНИЕ СЕГНЕТОЭЛЕКТРИЧЕСКИХ НАНОСТРУКТУР: ЭЛЕКТРОННО-ЛУЧЕВАЯ ЛИТОГРАФИЯ Тестовая структура – проверка пространственного разрешения методики Упорядоченные наноструктуры на большой площади

• 
  Слайд 23
  

  ИЗГОТОВЛЕНИЕ СЕГНЕТОЭЛЕКТРИЧЕСКИХ НАНОСТРУКТУР: ИМПРИНТ- ЛИТОГРАФИЯ

• 
  Слайд 24
  

  ИЗГОТОВЛЕНИЕ СЕГНЕТОЭЛЕКТРИЧЕСКИХ НАНОСТРУКТУР: ИМПРИНТ- ЛИТОГРАФИЯ

• 
  Слайд 25
  

  ИЗГОТОВЛЕНИЕ СЕГНЕТОЭЛЕКТРИЧЕСКИХ НАНОСТРУКТУР: НЕДОСТАТКИ МЕТОДА ЛИТОГРАФИИ

• 
  Слайд 26
  

  ИЗГОТОВЛЕНИЕ СЕГНЕТОЭЛЕКТРИЧЕСКИХ НАНОСТРУКТУР: МЯГКАЯ ЛИТОГРАФИЯ Позволяет наносить структуру на большие площади практически любой формы, в т.ч. на гибкие подложки

• 
  Слайд 27
  

  ИЗГОТОВЛЕНИЕ СЕГНЕТОЭЛЕКТРИЧЕСКИХ НАНОСТРУКТУР: МЯГКАЯ ЛИТОГРАФИЯ

• 
  Слайд 28
  

  ИЗГОТОВЛЕНИЕ СЕГНЕТОЭЛЕКТРИЧЕСКИХ НАНОСТРУКТУР: МЕТОДЫ САМООРГАНИЗАЦИИ

• 
  Слайд 29
  

  СХЕМЫ ВВЕДЕНИЯ ДИЭЛЕКТРИКОВ ИЛИ МЕТАЛЛОВ В ПОРЫ ИСКУССТВЕННЫХ ОПАЛОВ

• 
  Слайд 30
  

  СОЗДАНИЕ МАССИВОВ УПОРЯДОЧЕННЫХ КВАНТОВЫХ ТОЧЕК

• 
  Слайд 31
  

  Искусственный опал, заполненный квантовыми точками«углерод-ZrO2»

• 
  Слайд 32
  

  ИЗГОТОВЛЕНИЕ СЕГНЕТОЭЛЕКТРИЧЕСКИХ НАНОСТРУКТУР: МЕТОДЫ САМООРГАНИЗАЦИИ

• 
  Слайд 33
  

  ИЗГОТОВЛЕНИЕ СЕГНЕТОЭЛЕКТРИЧЕСКИХ НАНОСТРУКТУР: МЕТОДЫ САМООРГАНИЗАЦИИ

• 
  Слайд 34
  

  ИЗГОТОВЛЕНИЕ СЕГНЕТОЭЛЕКТРИЧЕСКИХ НАНОСТРУКТУР: МЕТОДЫ САМООРГАНИЗАЦИИ Влияние температуры отжига

• 
  Слайд 35
  

  СЕГНЕТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ НАНОСИСТЕМЫ Нанопровода

• 
  Слайд 36
  

  СЕГНЕТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ НАНОСИСТЕМЫ Нанопровода

• 
  Слайд 37
  

  СЕГНЕТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ НАНОСИСТЕМЫ Нанотрубки

• 
  Слайд 38
  

  СЕГНЕТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ НАНОСИСТЕМЫ Нанотрубки

• 
  Слайд 39
  

  СЕГНЕТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ НАНОСИСТЕМЫ Пьезоэлектрические нанотрубки

• 
  Слайд 40
  

  СЕГНЕТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ НАНОСИСТЕМЫ Пьезоэлектрические нанотрубки