Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина»

Институт естественных наук

Департамент «Физический факультет»

Курсовой проект

Название работы

Исполнитель: Студентка гр. И-303

Ангудович Екатерина Сергеевна

____________________

Научный руководитель: Д.ф.-м.н., профессор Шур Владимир Яковлевич

____________________

К.ф.-м.н., с.н.с., Шишкина Екатерина Владимировна

____________________

Екатеринбург 2011

Оглавление

Введение 3

1. Литературный обзор 4

1.1. Доменная структура сегнетоэлектриков 4

1.1.1. Стадии эволюции доменной структуры 5

1.1.2. Остаточные домены 8

1.1.3. Коррелированное зародышеобразование 9

1.1.4. Роль поверхностного диэлектрического слоя 10

1.1.5. Процесс переключения поляризации как фазовый переход первого рода 11

1.1.6. Экранирование деполяризующих полей в сегнетоэлектриках 12

1.2. Методы визуализации доменной структуры 15

1.2.1. Оптическая визуализация 15

1.2.2. Сканирующая зондовая микроскопия 17

1.3. Фрактальный анализ изображений 19

1.4. Основные свойства ниобата лития 20

1.5. Модификация поверхностного слоя методом протонного обмена 22

2. Постановка задачи 23

3. Методика эксперимента 23

3.1. Подготовка образцов 23

3.2. Экспериментальная установка 24

3.3. Визуализация доменной структуры 26

3.4. Анализ изображений 27

4. Результаты 27

Выводы 28

Список литературы 28

Список сокращений 28

Благодарности 29

Введение

1. Литературный обзор

   1. Доменная структура сегнетоэлектриков

Сегнетоэлектрики– это материалы, имеющие в определенном интервале температур спонтанную поляризациюP_s, ориентированную в двух или нескольких направлениях, которые могут быть изменены под действием электрического поля. По количеству кристаллографических осей, вдоль которых может быть ориентирован вектор спонтанной поляризации, сегнетоэлектрики делятся наодноосныеимногоосные.

В сегнетоэлектрической фазе кристалл обычно состоит из доменов– областей с одинаковым направлением спонтанной поляризации, разделенныхдоменными стенками. Совокупность доменов в кристалле образуетдоменную структуру. Статическую доменную структуру можно рассчитать, минимизируя полную энергию кристалла, изменение которой при разбиении на домены включает в себя деполяризующую энергиюU_dи энергию доменных стенокU_w[1].

U = U_d + U_w (1)

Деполяризующая энергия зависит от геометрии кристалла и конфигурации доменов. Разбиение на домены уменьшает деполяризующую энергию, однако, вместе с этим увеличивается энергия, связанная с доменными стенками. В результате конкуренции этих вкладов должна сформироваться доменная структура, соответствующая минимуму энергии. Аналогично ферромагнетикам это может быть периодическая или лабиринтовая доменная структура [2,3]

В одноосных сегнетоэлектриках существует одна полярная ось, поэтому возможно только два направления P_s, различающихся на 180°. Доменная структура в этом случае состоит из антипараллельных доменов, разделенных 180° доменной стенкой. В многоосных сегнетоэлектриках доменная структура значительно сложнее из-за возможности ориентацииP_sвдоль нескольких полярных осей, что приводит к существованию 90°, 60°, 120°, 71° и 109° доменных стенок.

Доменная стенка представляет собой область, внутри которой вектор поляризации изменяет направление. Толщина и ориентация доменной стенки зависит от многих факторов. Доменные стенки ориентированы так, чтобы минимизировать механические напряжения. В результате существуют лишь определенные ориентации стенок, удовлетворяющие условию "механической совместимости".