Формирование нанодоменных структур в монокристаллах ниобата лития после многократного импульсного лазерного нагрева
Аннотация
Актуальность темы исследования и степень ее проработанности.
Целью работы является исследование особенностей формирования доменной структуры в конгруэнтном ниобате лития (CLN) при многократном импульсном лазерном нагреве.
Существование доменной структуры (ДС) и ее эволюция в электрическом поле является ключевым свойством сегнетоэлектриков. Интерес к изучению кинетики доменной структуры обусловлен необходимостью решения как фундаментальных проблем, так и прикладных задач. Эволюцию ДС в электрическом поле принято рассматривать как аналог фазового превращения при фазовом переходе первого рода. С этой точки зрения полученные в данной работе экспериментальные результаты могут быть использованы для выявления общих закономерностей кинетики фазовых превращений. Последние годы активно развивается микро- и нанодоменная инженерия, целью которой является улучшение нелинейно-оптических и пьезоэлектрических свойств сегнетоэлектрических материалов за счет создания стабильных ДС с определенными геометрическими параметрами. Так как при формировании ДС немаловажное значение имеют процессы самоорганизации, их изучение представляет значительный интерес для развития нанодоменной инженерии.
В качестве обьекта для исследований был использован одноосный сегнетоэлектрик ниобат лития LiNbO3 (CLN) . Кристалы ниобата лития являются модельным обьектом, поэтому они широко используются в нелинейных-оптических материалах. Обладают относительно простой ДС которая может быть визуализирована различными методами с достаточно высоким пространственным разрешением.
Традиционные методы создания регулярных ДС (РДС), среди которых, несомненно, лидирует приложение внешнего электрического поля, не позволяют создавать прецизионные субмикронные ДС. В последние годы показано, что при сильнонеравновесных условиях переключения, обусловленных неэффективным экранированием деполяризующих полей, возникает самоорганизованная ДС, состоящая из нанодоменных лучей. Одним из наиболее простых и эффективных способов реализации сильнонеравновесных условий переключения является импульсный лазерный нагрев. Таким образом, изучение кинетики нанодоменных структур и процессов самоорганизации в одноосных сегнетоэлектриках после импульсного лазерного нагрева имеет важное фундаментальное и прикладное значение.
Основные рузультаты работы:
1. Установлено, что анизотропный рост доменных лучей при импульсном лазерном облучении пластин ниобата лития, покрытых проводящим слоем, однороден во всей облучённой области.
2. Выявлено два сценария эволюции доменной структуры:
(1) образование изолированных доменов в центре облучённой зоны и рост доменных лучей к краю,
(2) образование доменов в кольце на краю зоны и рост лучей к центру.
3. Выявлен эффект разбиения доменного луча на изолированные домены при повторном лазерном облучении, обусловленный обратным переключением поляризации во время нагрева вторым импульсом.
4. Обнаружено образование цепей изолированных нанодоменов вдоль последовательных положений доменной стенки при многократном облучении.
5. При детальном исследовании процесса ветвления выявлен эффект ускорения роста доменных ветвей при удалении от «ствола».
Достоверность полученых результатов обеспечивается применением современного лабораторного оборудования, применением независимых методов обработки данных, согласием с экспериментальными результатами других авторов и непротиворечивостью известным физическим моделям. Достоверность проведенных расчетов подтверждается обоснованностью принятых допущений, согласованностью с экспериментальными данными и другими результатами.
Все основные результаты работы были получены автором или при его активном участии. Выбор направления исследований, формулировка задач и обсуждение результатов проводились совместно с научными руководителями: профессором Шуром В.Я. и Мингалиевым Е.А .
Список ключевых публикаций по теме работы:
1. Formation of the domain structure in CLN under the pyroelectric field induced by pulse infrared laser heating / V.Ya. Shur, M.S. Kosobokov, E.A. Mingaliev, V.R. Karpov // AIP Advances. – 2015. – Vol.5. – P.107110-1-7.
2. Formation of the Nanodomain Structures after Pulse Laser Heating in Lithium Tantalate: Experiment and Computer Simulation / M.S. Kosobokov, V.Ya. Shur, E.A. Mingaliev, V.R. Karpov, D.K. Kuznetsov // Ferroelectrics. – 2016. – Vol. 496. – P. 1-8.
Структура работы
Количество страниц-40
Количество рисунков-33
Кол таблиц-1
Кол источников -16
Целью работы является исследование особенностей формирования доменной структуры в конгруэнтном ниобате лития (CLN) при многократном импульсном лазерном нагреве.
Существование доменной структуры (ДС) и ее эволюция в электрическом поле является ключевым свойством сегнетоэлектриков. Интерес к изучению кинетики доменной структуры обусловлен необходимостью решения как фундаментальных проблем, так и прикладных задач. Эволюцию ДС в электрическом поле принято рассматривать как аналог фазового превращения при фазовом переходе первого рода. С этой точки зрения полученные в данной работе экспериментальные результаты могут быть использованы для выявления общих закономерностей кинетики фазовых превращений. Последние годы активно развивается микро- и нанодоменная инженерия, целью которой является улучшение нелинейно-оптических и пьезоэлектрических свойств сегнетоэлектрических материалов за счет создания стабильных ДС с определенными геометрическими параметрами. Так как при формировании ДС немаловажное значение имеют процессы самоорганизации, их изучение представляет значительный интерес для развития нанодоменной инженерии.
В качестве обьекта для исследований был использован одноосный сегнетоэлектрик ниобат лития LiNbO3 (CLN) . Кристалы ниобата лития являются модельным обьектом, поэтому они широко используются в нелинейных-оптических материалах. Обладают относительно простой ДС которая может быть визуализирована различными методами с достаточно высоким пространственным разрешением.
Традиционные методы создания регулярных ДС (РДС), среди которых, несомненно, лидирует приложение внешнего электрического поля, не позволяют создавать прецизионные субмикронные ДС. В последние годы показано, что при сильнонеравновесных условиях переключения, обусловленных неэффективным экранированием деполяризующих полей, возникает самоорганизованная ДС, состоящая из нанодоменных лучей. Одним из наиболее простых и эффективных способов реализации сильнонеравновесных условий переключения является импульсный лазерный нагрев. Таким образом, изучение кинетики нанодоменных структур и процессов самоорганизации в одноосных сегнетоэлектриках после импульсного лазерного нагрева имеет важное фундаментальное и прикладное значение.
Основные рузультаты работы:
1. Установлено, что анизотропный рост доменных лучей при импульсном лазерном облучении пластин ниобата лития, покрытых проводящим слоем, однороден во всей облучённой области.
2. Выявлено два сценария эволюции доменной структуры:
(1) образование изолированных доменов в центре облучённой зоны и рост доменных лучей к краю,
(2) образование доменов в кольце на краю зоны и рост лучей к центру.
3. Выявлен эффект разбиения доменного луча на изолированные домены при повторном лазерном облучении, обусловленный обратным переключением поляризации во время нагрева вторым импульсом.
4. Обнаружено образование цепей изолированных нанодоменов вдоль последовательных положений доменной стенки при многократном облучении.
5. При детальном исследовании процесса ветвления выявлен эффект ускорения роста доменных ветвей при удалении от «ствола».
Достоверность полученых результатов обеспечивается применением современного лабораторного оборудования, применением независимых методов обработки данных, согласием с экспериментальными результатами других авторов и непротиворечивостью известным физическим моделям. Достоверность проведенных расчетов подтверждается обоснованностью принятых допущений, согласованностью с экспериментальными данными и другими результатами.
Все основные результаты работы были получены автором или при его активном участии. Выбор направления исследований, формулировка задач и обсуждение результатов проводились совместно с научными руководителями: профессором Шуром В.Я. и Мингалиевым Е.А .
Список ключевых публикаций по теме работы:
1. Formation of the domain structure in CLN under the pyroelectric field induced by pulse infrared laser heating / V.Ya. Shur, M.S. Kosobokov, E.A. Mingaliev, V.R. Karpov // AIP Advances. – 2015. – Vol.5. – P.107110-1-7.
2. Formation of the Nanodomain Structures after Pulse Laser Heating in Lithium Tantalate: Experiment and Computer Simulation / M.S. Kosobokov, V.Ya. Shur, E.A. Mingaliev, V.R. Karpov, D.K. Kuznetsov // Ferroelectrics. – 2016. – Vol. 496. – P. 1-8.
Структура работы
Количество страниц-40
Количество рисунков-33
Кол таблиц-1
Кол источников -16