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随层数改变的相互作用参量对铁电薄膜相变性质的影响

作　者: 张现军
导　师: 滕保华
学　校: 电子科技大学
专　业: 凝聚态物理
关键词: 铁电薄膜相图横场伊辛模型层变参量
分类号: TM221
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

铁电性是指某些物质存在自发电极化现象,并且自发极化矢量取向能随着外电场而改变。铁电材料的主要特征是具有铁电性,即电极化强度与外电场之间具有电滞回线的关系。具有铁电性且厚度尺寸为数十纳米到数微米的膜材料叫铁电薄膜。铁电薄膜是一类重要的功能性薄膜材料,已成为国际上材料科学与凝聚态物理研究热点中的热点。相对于体材料而言,铁电薄膜具有许多优点:①可望与广泛使用的微电子或光电子元件集成,从而构成单片集成器件。②薄膜与衬底之间大的折射率差,使薄膜与衬底本身就构成一个光波导,并可望使器件实现高能光束限定从而使器件具有高的功率密度;可实现集光波导器件的小型化;③抗光损伤能力优于同类型的体材料。相对于其它材料光波导来说,铁电薄膜光波导优势主要表现在:价格低廉,易于制作,结构紧凑,可靠性强。所以,对铁电薄膜的研究,无论在理论创新和工程技术革新上都具有重要的指导作用,在工业生产、航空航天、计算机信息领域、军事领域的应用尤为突出。本文第一章简要介绍了铁电薄膜的概念、在生产生活中的各种应用以及国内外的发展动态。第二章介绍了有关铁电薄膜的一些基本理论:相变理论,包括相变概念、相变的描述、相变分类;伊辛模型,尤其是描述铁电体的横场伊辛模型。在第三章详细介绍了对铁电薄膜的处理方法:宏观上利用热力学朗道理论处理,而在微观上则从横场伊辛模型的哈密顿量出发,利用统计理论的相关知识加以求解。第四章中,在前面所介绍的理论的基础上给出了如何利用平均场近似方法去研究铁电薄膜的相变性质。与以往他人工作的不同之处在于,前人研究的是将整个薄膜看成是一块均匀的薄膜材料,而本人的创新之处在于:研究了当相互作用参量随层数由表及里变化,即薄膜材料不均匀时,铁电薄膜的相变性质。为了研究方便,假定了相互作用参量随层数由表及里按照一定规律增加或减少,同时,为了研究参量变化趋势对薄膜相变性质的影响,给出了参量的两种变化趋势。最后,对照了前人的理论计算结果和实验结果,使本人的研究计算结果更加完善。本人工作可归纳为:1.当层间相互作用和隧穿参量随层数增加或减小时,对相图铁电区和顺电区域大小影响。2.当层间相互作用和隧穿参量随层数增加或减小时,对居里点大小影响。3.当层间相互作用和隧穿参量等于表面层参量和中间层参量(此时整个材料为取第一层值和取中间层值的均匀材料)时,相图和极化与参量随层数变化情况下的相图和极化做了比较。4.当层间相互作用减少隧穿增加和层间相互作用增加隧穿减少情况也做了研究。结果显示,当相互作用参量和隧穿参量随层数变化时,其变化趋势会对铁电薄膜的相变性质产生明显的影响,相图的铁电、顺电区域大小和居里点大小取决于相互作用参量起支配作用还是隧穿参量起支配作用。选取相互作用参量起支配作用的材料,参量减少的越快,铁电区域和居里点越小;参量增加的越快,铁电区域和居里点越大。本文所选材料属于这一类。对于隧穿参量起支配作用的材料,参量减少的越快,铁电区域和居里点越大;参量增加的越快,铁电区域和居里点越小。以上表明,当我们研究铁电薄膜的相变性质时,应该考虑到参量的变化情况,因为这更符合实际情况,这对于理论研究和解释一些实验现象很有帮助。

随层数改变的相互作用参量对铁电薄膜相变性质的影响

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