Меню
Главная
Авторизация/Регистрация
 
Главная arrow Физика arrow Физика сегнетоэлектриков: современный взгляд

6.4.1.4. Некоторые примеры сверхрешеток

Сверхрешетки ВаТiOз/SrTiOз

Пожалуй, из всех типов сверхрешеток наиболее изученной как экспериментально, так и теоретически является система ВаТЮз/ЭгТЮз. Значительная часть этой работы была инициирована Табатой и др. [199], которые предположили возможность получения очень высокой диэлектрической постоянной в этих материалах. В дальнейшем О’Нил и др. |200| показали, что высокая диэлектрическая постоянная была обусловлена релаксацией Максвелла—Вагнера. Тем не менее сверхрешетки остаются потенциальными кандидатами для конструирования материалов с высокой диэлектрической постоянной, и теоретические и экспериментальные работы в этом направлении продолжаются.

Сверхрешетки КМЬОз/КТаОз

Еще одна подробно изученная комбинация — система KNbOs/КТаОз (157, 201]. Одним из интересных аспектов теоретического моделирования этой системы (методом молекулярной динамики в рамках оболочечной модели) (202, 203] является то, что в отличие от результатов расчетов из первых принципов для ВаТЮз/8гТЮ$ и РЬТЮз/ЗгТЮз здесь найдены значительные изменения поляризации внутри слоев сверхрешетки. Кроме того, было показано экспериментально, что в этой сверхрешетке, состоящей из упорядоченных сегнетоэлектрических и параэлектрических слоев, может возникнуть аитисе- гнетоэлектрическое состояние [201].

Сверхрешетки РЬТЮз/БгТЮз

После первой работы Джианга и др. [204|, в которой для получения высококачественных сверхрешеток РЬТЮз/ЭгТЮз использовался метод МЛЭ, эта комбинация материалов не привлекала заметного внимания вплоть до самого последнего времени. В отличие от системы ВаТЮз/БгТЮз, рассогласование решеток между этими двумя материалами чрезвычайно мало. Хотя это означает, что деформационные взаимодействия между образующими сверхрешетку слоями потенциально менее интересны, это также означает более простое выращивание этой сверхрешетки, и толстые образцы отличного качества могут быть получены при использовании внеосевого магнетронного распыления [187]. Эту систему можно рассматривать как модельную для исследования электростатических и других взаимодействий при отсутствии эффектов решеточного несоответствия, которые в иных условиях могут быть доминирующими. Несмотря на отсутствие сложных деформационных взаимодействий, эта система демонстрирует довольно удивительное поведение - неожиданное восстановление сегнетоэлектрической поляризации в образцах с очень тонкими слоями РЬТЮз [187].

Сверхрешетки РЬТЮз/PbZrOs

В отличие от примеров, которые обсуждались до сих пор, в этой системе используется комбинация сегиетоэлектрического и антисегнетоэлектрического материалов, а не сегиетоэлектрического и параэлектрического. Кроме того, она напоминает один из самых коммерчески важных сегнетоэлектрических твердых растворов цирконат-титанат свинца (ЦТС). Одно из самых важных применений ЦТС — это пьезоэлектрические устройства, в которых используется его высокий пьезоэлектрический коэффициент для составов вблизи морфотроиной границы при отношении Zr:Ti, равном 52 : 48. Теоретические результаты свидетельствуют о том, что искусственно созданный композиционный порядок может привести к еще большему увеличению пьезоэлектрической активности, по сравнению с уже полученной в твердом растворе [205]. Еще одно подробное теоретическое исследование сверхрешетки PbTiOs/PbZrOs 1/1 было проведено Бунгаро и Рабе |206] с помощью расчетов из первых принципов. Хотя имеется несколько экспериментальных исследований этой системы |207, 208], все же кажется, что экспериментально ее свойства до сих пор не были изучены достаточно тщательно.

Трехцветные сверхрешетки

Трехцветные сверхрешетки, период которых содержит не два, а три различных материала, представляют особый интерес, поскольку расчеты из первых принципов Сай и др. [209| показали возможность получения сегнетоэлектриче- ских систем с нарушенной инверсионной симметрией на основе таких систем. Первые экспериментальные работы в этом направлении были выполнены Варусвитана и др. [210], и Ли и др. [211], которые вырастили трехцветные сегнетоэлектрические сверхрешетки ЭгТЮз/ВаТЮз/СаТЮз (рис. 6.29). До сих пор остается, однако, проблемой экспериментальное доказательство нарушения инверсионной симметрии, поскольку в большинстве сегнетоэлектри- ческих образцов асимметрия электрических свойств, связана, как правило, с внешними причинами, такими, как различная природа границы раздела электрод/сетнетоэлектршк или градиент плотности дефектов, возникающих в образцах в процессе роста.

Сверхрешетки мулътиферроиков

Мультиферроики в настоящее время представляют значительный интерес. Одним из направлений их исследования является изучение бислоев сегнетоэлек- трик/магнетик и сверхрешеточных структур как потенциальных материалов с эффективным взаимодействием между ссгнстоэлектричсской и магнитной подсистемами. В случае ВаТЮз и CoFe204 было установлено, что в геометрии сверхрешетки это взаимодействие менее эффективно, чем в столбчатой наноструктуре [212]. Также интересна возможность использования в многослойных структурах |214| материалов, которые уже сами по себе являются мультифер- роиками, например, BiFeO.3 [213]. Еще одним подходом в этом направлении является использование сегнетоэлектрического эффекта поля для «электронного легирования» материалов, как это уже делалось для модификации свойств сверхпроводников [183, 184].

Сверхрешетки сегчьетоэлектрик/сегнетоэлектрик

Работ, в которых исследуются сверхрешеточные структуры, состоящие из двух сегнетоэлектрических материалов, например, РЬТЮз и ВаТЮз [215], значительно меньше, чем посвященных сверхрешеткам сегнетоэлектрик/несегнето- электрик. Используя этот подход, можно рассмотреть более тонкие эффекты, чем просто получение высоких параметров, появляющиеся при комбинировании двух материалов с близкими поляризациями, но различными параметрами их переключения. Это может дать возможность глубже понять процессы переключения и динамику доменов.

Зарядовые состояния на границах раздела

В другой оксидной несегнетоэлектрической сверхрешетке ЬаАЮз/ЗгТЮз прерывность зарядовых состояний слоев па границе LaO/TiCb приво-

а Изображение в контрасте по атомному номеру поперечного сечения границы раздала между слоями ВаТЮз и SrRuCb, которая отмечена черной стрелкой; б, в топографические изображения в ACM

Рис. 6.29. а Изображение в контрасте по атомному номеру поперечного сечения границы раздала между слоями ВаТЮз и SrRuCb, которая отмечена черной стрелкой; б, в топографические изображения в ACM (размер) изображения 4x5 мкм2) со ступеньками высотой в одну элементарную ячейку (около 0.4 нм) для SrRuCb (б) и сверхрешетки (8гТЮз)2(ВаТЮз)2(СаТЮз)г толщиной 200 нм (в); на вставке к ри- сунку (е) показан пример) изображения RHEED, подтверждающий гладкость поверх- иости; г изображение в контрасте по атомному номеру поперечного сечения композиционно резких границ в сверхрешетке (ЭгТЮз)2 (ВаТЮз )а(СаТЮз)2; на изображенной рядом диаграмме показана ее атомная структура (октаэдры и белые, серые и черные шарики соответствуют ТЮ<> и Са, Ва и Sr, соответственно); д рентгеновское дифракционное в 2в сканирование сверхрешетки (8г'ПОз)2 (ВаТЮз)с (СаТЮз)2, подтверждающее периодичность на больших масштабах и высокую степень кристалличности. Пики SrTiCb (001) и (002) возникают от подложки, а первый и второй наборы сверхрешеточных рефлексов помечены цифрами [2111

дит к образованию проводящего слоя между двумя слоями диэлектриков (см. рис. 6.30) [216, 217]. Получение такого проводящего слоя между сегнето- электрическим изолятором и другим изолятором создает возможность управления сегнетоэлектрическим взаимодействием между слоями и добавляет еще одну степень контроля при конструировании материалов. В работе |216| рас-

а Осцилляции интенсивности RHEED зеркально отраженного пучка при выращивании ЬаАЮз непосредственно на поверхности

Рис. 6.30. а Осцилляции интенсивности RHEED зеркально отраженного пучка при выращивании ЬаАЮз непосредственно на поверхности (001) БгТЮз, оканчивающейся группами TiO'2; б схематическое изображение получаемой границы раздела (ЬаО)+/(ТЮ2)°, на которой показаны состав и зарядовое состояние каждого слоя; в осцилляции RHEED при выращивании ЬаАЮз после нанесения монослоя SrO на поверхность ТЮг; г- схематическое изображение получаемой границы

раздела (A102)~/(Sr0)° [216]

сматривается физика такого подхода, а также демонстрируются возможности использования RHEED при выращивании методом ИЛО для получения границ раздела с требуемыми свойствами. Возможность точного контроля состава слоев на границе раздела дает еще один параметр, который, по-видимому, можно варьировать при получении материалов с заданными свойствами.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ ОРИГИНАЛ   След >
 

Популярные страницы