不同電學(xué)邊界條件下外延鐵電薄膜疇結(jié)構(gòu)的演化.pdf

1、本文采用基于金茨堡—朗道—德文希爾唯象理論的相場法，研究二維鐵電薄膜疇結(jié)構(gòu)的演化，并采用有限差分方法數(shù)值求解相場方程。首次提出了中間電學(xué)邊界條件及其兩類參數(shù)，并研究三種電學(xué)邊界條件（中間電學(xué)邊界條件、開路電學(xué)邊界條件及短路電學(xué)邊界條件）下鐵電薄膜的疇結(jié)構(gòu)及鐵電性能。
　　結(jié)果顯示，開路電學(xué)邊界條件和短路電學(xué)邊界條件下，薄膜疇結(jié)構(gòu)有明顯的尺寸效應(yīng)。開路電學(xué)邊界條件下，薄膜厚度較小時出現(xiàn)水平單疇結(jié)構(gòu);在臨界厚度14nm處發(fā)生了水平單疇

2、結(jié)構(gòu)向多漩渦疇結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)變;隨厚度進一步增加，為了降低去極化電場能，薄膜仍為多漩渦疇結(jié)構(gòu)。短路電學(xué)邊界條件下，薄膜厚度較小時呈現(xiàn)垂直單疇結(jié)構(gòu);在臨界厚度5.6nm處發(fā)生垂直單疇結(jié)構(gòu)向180°多條紋疇結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)變;隨厚度進一步增加，同樣為減少去極化電場能，薄膜為180°多條紋疇結(jié)構(gòu)。在外電場下，三種不同厚度薄膜極化強度隨電場的變化均為典型的電滯回線。
　　所提出的中間電學(xué)邊界條件，可以描述電極對鐵電薄膜表面電荷的補償程度，特定情況下也可

3、轉(zhuǎn)化為已有的開路和短路電學(xué)邊界條件。一類參數(shù)為零，表面電荷完全不補償，對應(yīng)開路電學(xué)邊界條件;其值趨向無窮大，表面電荷完全補償，對應(yīng)短路電學(xué)邊界條件。同一厚度薄膜，一類參數(shù)的值越大，表面電荷部分補償?shù)某潭仍酱?，去極化電場能減小得越多。當(dāng)二類參數(shù)值一定時，不同厚度薄膜的表面電荷部分補償程度相同。
　　本文采用最新提出的中間電學(xué)邊界條件及其兩類參數(shù)考慮表面電荷補償對去極化電場能的影響，其優(yōu)點在于能完整描述表面電荷完全不補償、部分補償、完