Электронная библиотека Веда
Цели библиотеки
Скачать бесплатно
Доставка литературы
Доставка диссертаций
Размещение литературы
Контактные данные
Я ищу:
Библиотечный каталог российских и украинских диссертаций

Вы находитесь:
Диссертационные работы России
Физико-математические науки
Физика конденсированного состояния

Диссертационная работа:

Иевлев Арсений Сергеевич. Переключение и диэлектрическая релаксация в сегнетоэлектрических наноструктурах в форме пленок Ленгмюра-Блоджетт : дис. ... канд. физ.-мат. наук : 01.04.07 Москва, 2006 115 с. РГБ ОД, 61:07-1/234

смотреть содержание
смотреть введение
Содержание к работе:

ВВЕДЕНИЕ 4

ГЛАВА 1. СЕГНЕТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ СТРУКТУРЫ И ИХ

КРИТИЧЕСКИЙ РАЗМЕР 17

1Л. Улыратонкие сегнетоэлектрические пленки Ленгмюра-Блоджстт из
сополимера винилиденфторида с трифторэтиленом П(ВДФ-ТрФЭ) 17

1.2. Кинетика сегнетоэдектрического переключения

по Ландау-Халатникову 31

1.3, Критический размер в сегнетоэлектрических наноструктурах 37

ГЛАВА 2. ДВА МЕТОДА ИЗУЧЕНИЯ КИНЕТИКИ ПЕРЕКЛЮЧЕНИЯ УЛЬТРАТОНКИХ СЕГНЕТОЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПЛЕНОК ЛЕНГМЮРА-

БЛОДЖЕТТ 58

2.L Методы исследования процесса переключения сегнетоэлектрических
ленгмюровских пленок. Экспериментальные образцы 58

щ 2.2. Исследование переключения ленгмюровских пленок толщиной

от 10 до 100 моиослоев 60

ГЛАВА 3. КИНЕТИКА ПЕРЕКЛЮЧЕНИЯ И СТАБИЛЬНОСТЬ
СПОНТАННОЙ ПОЛЯРИЗАЦИИ В ОДНОМ МОНОСЛОЕ СОПОЛИМЕРА
ЩВДФ-ТрФЭ) 72

  1. Кинетика переключения в одном монослое сополимера 72

  2. Кинетика релаксации поляризации в одном моиослое сополимера 76

ГЛАВА 4. ДИЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ДИСПЕРСИЯ В УЛЬТРАТОНКИХ

СЕГНЕТОЭ Л ЕКТРИЧЕСКИХ ГУ ШИК АХ

СОПОЛИМЕРА П(ВДФ-ТрФЭ) 80

  1. Методика измерения диэлектрической дисперсии 80

  2. Диэлектрическая релаксация із ЛБ пленках 86

  3. Частотные и температурные зависимости проводимости ЛБ пленок 95

  4. Влияние у-излучения на диэлектрический отклик в ЛЬ пленках 102

ЗАКЛЮЧЕНИЕ И ВЫВОДЫ 104

ЛИТЕРАТУРА 108

Введение к работе:

В 1920 году Валашек [1,2] нашел, что кристаллы сегнетовой соли ведут себя подобно ферромагнетику: обнаруживают гистерезис поляризации и фазовые переходы из полярной в неполярную фазу. В тридцатые годы по инициативе И.В. Курчатова [3] кристаллы, подобные сегнетовой соли, стали называть сегнетоэлектриками. В западной литературе за ними утвердилось название ферроэлектриков (по аналогии с ферромагнетиками). До 1946 года сегнетова соль оставалась единственным представителем этого нового класса кристаллов, обладающих особенным полярным направлением.

В конце 1946 года Б.М. Вул и И.М. Гольдман [4] и независимо от них Хиппель с сотрудниками [5] и Огава в Японии открыли новый сегнетоэлектрик - титанат бария. Через несколько лет Г.А, Смоленский с сотрудниками [6], а также Пепипскии и Маттиас в США расширили список известных сегнетоэлектрических кристаллов. За 80 лег развития сегнетозлек'тричества были открыты сотни неорганических и органических кристаллов-сегнетоэлектриков. Сегнетоэлектрические свойства были найдены в жидких кристаллах [7], полупроводниках [8], пленках, керамике [9,1.0] и полимерах [11-15].

В 40-х годах В.Л. Гинзбург [16,17] развил на основе теории фазовых переходов Ландау [18,19] феноменологическую теорию сегнетоэлектричества. Несколько позже к похожим результатам пришел Девоншир [20]. Позднее

5 многие аспекты этой теории были рассмотрены Е.М Лифшицем, В.Л.

Индеибомом, С.А. Пикиным, А.ГТ. Леванкжом, Д.Г. Санниковым и другими. Феноменологическая теория Ландау-Гинзбурга объяснила основные свойства сегнетоэлектриков: нелинейную зависимость поляризации от поля, диэлектрический гистерезис, закон Кгори-Вейса (для фазовых переходов второго рода), поведение спонтанной поляризации, коэрцитивного поля и других параметров вблизи температуры Кюри и температуры фазового перехода, критические (трикритические) точки на диаграмме давление-температура и другие явления.

Оставалась, тем не менее, группа явлений, которые теория не объясняла. Так, экспериментальное значение коэрцитивного поля оказалось на несколько порядков ниже теоретического. В тонких сегнетозлектрических пленках коэрцитивное поле росло с утоньшением пленки (размерный эффект), но даже для самых тонких пленок (й^500-600 А), полученных методами магнетронного распыления, химическими методами типа sol-gel и другими, коэрцитивное поле оставалось значительно ниже своего теоретического значения. После открытия М.В. Классен-Неклюдовой, М.А. Чернышевой и А.А. Штернбергом [21] доменов в сегиетовой соли и в особенности после работ Мерца [22] по изучению доменов и их роли в переключении поляризации кристаллов титаната бария причина этого расхождения стала ясна. Теория Ландау-Гинзбурга не учитывает роли доменов в механизме переключения сегнетоэлектрика. Оказалось, что механизм зародышеобразования и доменной динамики как раз

является определяющим в кинетике переключения. Чтобы осуществить переключение сегнетоелектрика по Ландау-Гинзбургу (назовем его условно "собственным") и экспериментально наблюдать значение коэрцитивного поля порядка 10 -10' В-м" , следующее из теории, необходимо создать столь топкие сегнетоэлек'фические пленки, в которых не происходило бы зарождение доменов и их движение не играло бы существенной роли. Между тем, такие факторы как поверхностная энергия и энергия деполяризации приводят к выводу о существовании критической толщины, не совместимой с существованием сегнетоэлектричества [10]. До самого последнего времени эта предсказанная критическая толщина не наблюдалась, так как была экспериментально недостижима.

Таким образом, механизм переключения сегнетоэлектрических кристаллов и пленок, связанный с доменной динамикой (назовем его условио "несобственным"), нс может быть описан феноменологией Ландау-Гинзбурга. Кинетика "несобственного" (доменного) переключения хорошо описывается теорией Колмогорова- Аврами-Ишибаши [23]. Она объясняет основные экспериментальные закономерности: экспоненциальную зависимость времени переключения t.{) от *' (Я - внешнее поле) и уменьшение /у с ростом температуры в точке фазового перехода.

7 Цель работы

Созданная в 1993 году методика Ленгмюра-Блоджетт (ЛБ) для получения сверхтонких наноструктурных сегнетоэлектрических пленок из сополимера винилиденфторида с трифторэтилсном П(ВДФ-ТрФЭ) впервые сделало возможным изучение сегнетоэлектрических наноструктур [24-33]. Эти работы стимулировали поиск критической толщины в перовскитовых наноструктурных сегнетоэлектриках и изучение их свойств в области критической толщины (см. 1.3 гл. I).

В работах [27, 34] было показано, что сегнетоэлектричество существует в двух монослоях сополимера (~ 1 нм). Можно ли принять два монослоя за критическую толщину Lcr=l нм? Существуют ли в сополимере спонтанная поляризация fs и её переключение в одном монослое (0.5 нм)? Если существуют, то для сегнетоэлектрического сополимера критическая толщина, ранее предсказанная теорией среднего поля, отсутствует. Решение этого вопроса было первой задачей, поставленной в настоящей работе.

Ранее кинетика переключения была исследована для сегнетоэлектрических пленок ЛБ, состоящих из 10 (5 нм) и более моноелоев [35, 36]. Было показано, что механизм переключения принципиально отличается от доменного механизма колмогорова-Аврамм-Ишибаши и хорошо описывается уравнением Лагранжа, которое для этого случая чаще называют у равне н нем Л а н дау-Хал атн и ко ва, описывающим одно род н о е (без до м е н н ое)

8 переключение. Поэтому второй задачек, поставленной в работе, было изучение

кинетики переключения сверхтонких слоев ЛБ с толщиной L<5 им.

Третьей задачей было исследование диэлектрической дисперсии в

сверхтонких сегнетозлектрических ЛБ пленках и определение температурной

зависимости времени релаксации.

Научная новизна работы

  1. Подробно исследована двумя независимыми методами кинетика переключения сверхтонких сегнетозлектрических пленок сополимера П(ВДФ-ТрФЭ). Эти измерения проведены в диапазоне толщин от 0.5 до 50 им.

  2. Впервые на примере сегнетозлектрических ЛБ-плепок достигнута критическая толщина, совместимая с существованием сегнетоэлектричества. Показано, что критическая толщина соответствует одному монослою (0.5 нм). Другими словами, критическая толщина у данного сегнетозлектрика отсутствует.

3. Впервые изучена диэлектрическая релаксация в сверхтонких
сегнетозлектрических пленках Ленгмюра-Блоджетт.

9 Практическая ценность работы

Полученные результаты имеют как фундаментальный, так и прикладной

характер. Фундаментальный результат заключается в определении

критического размера, впервые выполненном в сегнетоэлектриках, то есть

достижении минимального размера пленки, совместимого с существованием

сегнетоэлектричества. Прикладное значение вытекает из фундаментального

результата. Полученные данные могут быть использованы в создании новых

элементов памяти.

Выносимые на защиту положения

1. Органический сегнетоэлектрический сополимер П(ВДФ-ТрФЭ) не
обнаруживает критической толщины, так как спонтанная поляризация и её
переключение имеют место в одном монослое.

2. Ссгнетоэлею рические наноструктуры на основе сополимера П(ВДФ-ТрФЭ),
включая один монослой, обнаруживают новую кинетику переключения. Эта
кинетика хорошо описывается механизмом Ландау-Халатникова и имеет таким
образом однородный характер, когда домены не играют существенной роли в
переключении. Релаксация поляризации как в одном монослое, так и в ста
монослоях, обнаруживает кинетику, которая характеризуется быстрым

10 начальным спадом и последующим медленным. Поляризация в сополимере

обнаруживает стабильное насыщение даже в одном монослое.

3. Диэлектрическая релаксация сегнетоэлектрических наноструктур на основе сополимера П(ВДФ-ТрФЭ) имеет дебаевскнй характер. В сегнетоэлектрической области наблюдена температурная зависимость времени релаксации от температуры (явление критического замедления).

Апробация работы

Результаты, изложенные в диссертации, докладывались и обсуждались на:

а 10 Международной конференции по физике диэлектриков (Санкт-Петербург,

2004);

о 8-ой научной конференции молодых ученых и специалистов ОИЯИ (Дубна,

2004);

а Международной научной конференции «Тонкие пленки и наноструктуры»

(ПЛЕНКИ-2004) (Москва, 2004);

с Международной научной технической школе-конференции «Тонкие пленки и

наноструктуры» (ПЛЕНКИ-2005) (Москва, 2005);

а Международном симпозиуме "Nanoelectric Days 2005" (Германия, 2005);

D 17-ой Всероссийской конференции по физике сегнетоэлектричества (Пенза,

2005);

a 18 международном симпозиуме по интегральным сегнетоелектрикам (США,

2006);

D 5-ом Международном семинаре по физике сегнетоэластиков (Воронеж, 2006);

d Конкурсах научных работ ИК РАН (2004, 2005).

Публикации

По материалам диссертации опубликовано 8 научных работ и сделано 8 докладов на международных и всероссийских конференциях.

12 Структура и объем диссертации

Диссертация состоит из введения, четырех глав, выводов и списка цитируемой литературыю Общий объем диссертации 1 15 страниц, включая 47 рисунков, одну таблицу и библиографию из 94 наименований.

Подобные работы
Виздрик Геннадий Михайлович
Переключение сверхтонких сегнетоэлектрических пленок Ленгмюра-Блоджетт
Гейвандов Артур Рубенович
Переключение и электрооптика систем полимерных сегнетоэлектрических пленок и жидких кристаллов
Агаларов Агалар Шахэмирович
Диэлектрическая релаксация и процессы переключения в сегнетоэлектриках в быстронарастающих сильных электрических полях
Мьо Хейн Зо
Разработка и исследование процессов формирования фоторезистивных пленок на подложках некруглой формы
Закинян Роберт Гургенович
Кинетика роста и кристаллизации пленок воды на поверхностях тел различных форм
Аушева Хадишат Ахметовна
Разработка новой формы биопрепарата для очистки водных объектов от тонких нефтяных пленок
Левачева Ирина Сергеевна
2D пленки, сформированные из фуллерена C60, углеродных нанотрубок, наноалмазов и полистирольных микросфер, модифицированных данными аллотропными формами углерода

© Научная электронная библиотека «Веда», 2003-2013.
info@lib.ua-ru.net