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含有表面过渡层的铁电薄膜动态物理性质的理论研究

作　者: 李春宇
导　师: 吕天全
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 凝聚态物理
关键词: 铁电薄膜自发极化表面过渡层动态物理性质
分类号: O484.4
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 36次
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内容摘要

近些年来,随着人们对铁电薄膜性质的广泛和深入研究,人们已经发现铁电薄膜的一些特殊物理性质,特别是铁电薄膜在记忆存取器件上的应用极大的促进了人们对铁电薄膜物理性质进行理论研究的热情。理论研究的主要途径有德文希尔的热力学唯象理论和横场Ising模型。到目前为止,在朗道理论的基础上已经有一些关于铁电薄膜静态和动态物理性质的理论研究,但在研究薄膜的表面和尺寸效应时一般都是引入外推长度的概念来表示薄膜的的表面对自由能函数的影响。本论文将根据GLD唯象理论并利用Landau-Khalatnikov方程对铁电薄膜的动态物理性质进行理论研究,同时引入表面过渡层的概念对薄膜的表面效应进行表征。本论文主要针对表面过渡层对薄膜极化性质和介电性质的影响这两方面进行理论研究研究的具体内容阐述如下:首先,本论文主要研究极化强度随温度和外加电场的变化情况。当系统所处的温度发生变化时,铁电薄膜中的极化强度将经历一个平衡态、非平衡态至平衡态的过程,这一过程所需要的时间仅在纳米的量级,所以在实验中很难观察到,而在本论文中我们模拟了此过程中极化的变化情况;当外加电场时,薄膜的极化强度将随着电场的动态变化而改变,特别是加入一个交变电场时,当铁电薄膜中的偶极子转动能跟上系统外加交变电场时,极化强度将会随电场一起周期性的变化。而当外加电场的频率过高时,偶极子的转动将因跟不上外加电场的变化而产生一定的弛豫。本论文通过外加电场来观察表面过渡层存在时自发极化对电场的动态响应情况。其次,研究极化率随温度和外加电场的变化情况。通过本论文的理论研究,我们看到不同的过渡层参数对极化强度和极化率的分布和动态变化的影响不同,同时我们也观察到当薄膜尺寸减小时将会出现极化强度、平均极化强度和相变温度减小和薄膜内部极化率增大等尺寸效应。

全文目录

摘要  4-6
Abstract  6-10
第1章绪论  10-16
  1.1 课题背景铁电材料的历史和现状  10-11
    1.1.1 铁电材料的发展历史  10
    1.1.2 铁电薄膜的发展历史  10-11
  1.2 铁电薄膜的研究现状及理论方法  11-14
    1.2.1 铁电薄膜的研究现状  11-12
    1.2.2 主要理论方法  12-14
  1.3 课题的来源、研究内容及意义  14-16
第2章理论方法及模型  16-25
  2.1 理论方法  16-20
    2.1.1 朗道—德文希尔理论  16-18
    2.1.2 软模理论及横场Ising模型  18-19
    2.1.3 第一性原理计算  19-20
    2.1.4 格林函数技术  20
    2.1.5 振动电子理论  20
  2.2 模型及公式  20-24
    2.2.1 模型  20-21
    2.2.2 Gibbs 自由能  21-24
  2.3 本章小结  24-25
第3章表面过渡层对铁电薄膜动态极化性质的影响  25-35
  3.1 铁电薄膜中极化强度的空间分布图  25-26
  3.2 含有不同表面过渡层铁电薄膜的极化动态平衡过程  26-28
  3.3 表面过渡层对铁电薄膜铁电-顺电相变温度的影响  28-29
  3.4 外加电场时表面过渡层对铁电薄膜极化性质的影响  29-33
    3.4.1 恒定电场下的极化-温度曲线  29-30
    3.4.2 外加交变电场时的P-Z 曲线  30-31
    3.4.3 外加交变电场时的P-E 曲线  31-32
    3.4.4 外加交变电场时的P(E)—τ(时间)曲线  32-33
  3.5 本章小结  33-35
第4章表面过渡层对铁电薄膜动态介电性质的影响  35-41
  4.1 温度变化时表面过渡层对铁电薄膜极化率的影响  35-36
  4.2 温度变化时表面过渡层对铁电薄膜极化率的影响  36-37
  4.3 外加电场时表面过渡层对铁电薄膜极化极化率的影响  37-39
  4.4 本章小结  39-41
结论  41-43
参考文献  43-50
致谢  50

含有表面过渡层的铁电薄膜动态物理性质的理论研究

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