2. Методы визуализации доменной структуры

   1. Оптическая визуализация

Визуализация кинетики доменов при помощи оптической микроскопии является не повреждающим и наиболее информативным методом [1]. Использование скоростной фотографии, видеосъемки или стробоскопического освещения [Error: Reference source not found] (мгновенные доменные конфигурации соответствуют последовательным стадиям переключения для воспроизводимых процессов) позволяет исследовать как медленные, так и сверхбыстрые процессы переключения. Разрешение по времени может достигать 10 нс. Пространственное разрешение при этом менее 0.5 мкм. Последующая компьютерная обработка полученной последовательности мгновенных изображений позволяет извлекать статистическую информацию о кинетике доменов: скорости доменных стенок, статистике размеров и форме отдельных доменов. Метод может быть реализован только при наличии оптического контраста между различными доменами, либо между доменами и доменными стенками. Оптический контраст может быть обусловлен двулучепреломлением [1], оптической активностью и электрооптическими эффектами. В зависимости от взаимной ориентации поляризатора и анализатора можно изменять тип контраста.

Двупреломление.Все сегнетоэлектрические кристаллы являются оптически анизотропными за исключением случаев, когда показатели преломления случайно оказываются равными [1]. При наблюдении доменной структуры в скрещенных поляризаторах домены, поляризованные в направлении наблюдения (с-домены), при вращении вокруг полярной оси выглядят темными, а домены, поляризованные в любом другом направлении – светлыми. Таким образом, наличие у кристалла двупреломления позволяет визуализировать любые не 180° домены, что широко используется для исследования многоосных сегнетоэлектриков. Однако при распространении света вдоль оптической оси кристалла оптический контраст в соседних 180° доменах отсутствует, поскольку оптические индикатрисы ориентированы одинаково. В ряде случаев 180° домены удается различать оптически.

Оптическая активность.При прохождении линейно поляризованного света, распространяющегося вдоль полярной оси через оптически активный кристалл, плоскость поляризации поворачивается в различном направлении в доменах разного знака. Примером использования оптической активности для визуализации 180° доменов является PGO (Рис.).Удельное вращение плоскости поляризации в PGO составляет 5.6 град/мм для = 0.63 мкм, что позволяет наблюдать кинетику доменов даже вблизи фазового перехода и в тонких пластинах.

Рис.5 Доменная структура PGO при наблюдении в линейно поляризованном свете.

Электрооптический эффект.В некоторых сегнетоэлектрических материалах, обладающих сильно выраженным электрооптическим эффектом, например в ниобате литияLiNbO3(LN)и танталате лития LiTaO₃(LT), визуализация 180° доменной структуры может быть реализована как при приложении электрического поля перпендикулярно полярной оси кристалла, так и параллельного. Таким образом, домены можно визуализировать непосредственно в процессе переключения. При приложении к образцу электрического поля под действием электрооптического эффекта изменяется показатель преломления для света, причем знак этого изменения будет различным для доменов разного знака, что приведет к скачку показателя преломления при переходе от одного домена к другому. Сильный градиент показателя преломления приводит к рассеянию света, распространяющегося вдоль полярной оси и возникновению, как следствие, оптического контраста доменных стенок при наблюдении в скрещенных поляризаторах. Благодаря существованию внутренних полей в LN и LT оптический контраст доменных стенок может наблюдаться и без внешнего электрического поля. Более того, в LN и LT, обладающих сильным пироэффектом, при быстром изменении температуры можно легко создать неравновесное распределение зарядов, однозначно связанное с доменной структурой, которое в результате электрооптического эффекта приводит к оптическому контрасту доменов.