Исследование кинетики сверхбыстрых доменных стенок в монокристаллах одноосных сегнетоэлектриков
Аннотация
Проведенные исследования сверхбыстрых стенок в монокристаллах семейства ниобата лития и титанил-арсената калия, а также исследование формирования самоорганизованных структур с контролируемой сменой размерности роста в монокристаллах ниобата лития позволили сделать следующие основные выводы:
1. В монокристаллах семейства ниобата лития при слиянии доменов образуются одни и те же типы доменных стенок. На кинетической диаграмме Вульфа между стенками (1430) и (1340) имеется локальный минимум, которому соответствует стенка с ориентацией (0110).
2. Полевые зависимости скоростей доменных стенок в кристаллах семейства ниобата лития подчиняются активационному типу зависимости (за исключением медленных доменных стенок в CLN).
3. В нелегированных кристаллах наблюдается меньшая разница между скоростями сверхбыстрых (0110) и быстрых стенок (1430), но большая разница между скоростями сверхбыстрых и медленных стенок, достигающая пяти порядков. При этом в обоих случаях разница между скоростями стенок уменьшается с ростом внешнего поля. В легированных материалах больше разница между скоростями сверхбыстрых (0110) и быстрых стенок (1430), которая достигает одного порядка, но меньше разница между скоростями сверхбыстрых и медленных стенок, которая не превышает трех-четырех порядков. При этом в обоих случаях разница между скоростями стенок практически не изменяется с ростом внешнего поля. Также отмечено, что легирование оксидом магния слабо влияет на наблюдаемые максимальные скорости медленных доменных стенок, но при этом существенно влияет на максимальные скорости сверхбыстрых стенок.
4. Кинетика доменной структуры в KTA обусловлена движением стенок трех типов. Разница скоростей самых медленных и самых быстрых стенок достигает двух порядков. Для медленных стенок наблюдается определенная зависимость скоростей стенок от угла отклонения от [100] направления угловые зависимости скоростей стенок вызваны эффектом детерминированного зародышеобразования.
5. В монокристаллах семейства LN импульсы Баркгаузена в токе переключения соответствуют движению сверхбыстрых доменных стенок. Эффект стабильности формы возникает в результате слияния доменов сравнимых размеров. Скачкообразное движение доменной стенки возникает при слиянии большого и малого доменов. Предложенный метод аппроксимации формы импульсов Баркгаузена позволяет извлечь скорости доменных стенок, формирующихся в результате слияния доменов, с точностью, превышающей точность метода in situ.
6. Проведен статистический анализ тока переключения в CLN. Частотный спектр шума Баркгаузена подчиняется степенной зависимости, т. е. наблюдается фликкер-шум со степенным показателем β = 1.28. Для функций распределения длительности, площади и энергии ИБ наблюдается масштабная инвариантность. Процесс переключения в CLN обладает свойством самоорганизованной критичности.
7. Эволюция доменной структуры при переключении поляризации в CLN с квадратной 2D решеткой существенно отличается от случая исходного монодоменного CLN. Растущие домены вытянуты в кристаллографическом направлении Y, совпадающем с направлением 2D-решетки. Скорости основных типов стенок близки к скоростям быстрых стенок для переключения из монодоменного состояния, что обуславливается постоянным процессом слияния с доменами 2D структуры. Наложение полидоменного состояния изменяет характер переключения в CLN с персистентного на антиперсистентный.
8. При переключении CLN с поверхностным искусственным диэлектрическим слоем диоксида кремния происходит смена размерности роста доменной структуры. В зависимости от величины поля реализуются три сценария роста квазирегулярных : 1) рост трех лучей в направлениях Y+ с последующим их расщеплением - "звезды" в низких полях, 2) рост лучей из вершин шестиугольного домена в направлениях Y+ - "снежинки" в промежуточных полях, 3) рост лучей преимущественно в направлениях Y+ и Y- с ветвлением и расщеплением на сектора - "дендритные снежинки" в высоких полях. Дендритные структуры формируются в приповерхностном слое толщиной около 15 мкм.
1. В монокристаллах семейства ниобата лития при слиянии доменов образуются одни и те же типы доменных стенок. На кинетической диаграмме Вульфа между стенками (1430) и (1340) имеется локальный минимум, которому соответствует стенка с ориентацией (0110).
2. Полевые зависимости скоростей доменных стенок в кристаллах семейства ниобата лития подчиняются активационному типу зависимости (за исключением медленных доменных стенок в CLN).
3. В нелегированных кристаллах наблюдается меньшая разница между скоростями сверхбыстрых (0110) и быстрых стенок (1430), но большая разница между скоростями сверхбыстрых и медленных стенок, достигающая пяти порядков. При этом в обоих случаях разница между скоростями стенок уменьшается с ростом внешнего поля. В легированных материалах больше разница между скоростями сверхбыстрых (0110) и быстрых стенок (1430), которая достигает одного порядка, но меньше разница между скоростями сверхбыстрых и медленных стенок, которая не превышает трех-четырех порядков. При этом в обоих случаях разница между скоростями стенок практически не изменяется с ростом внешнего поля. Также отмечено, что легирование оксидом магния слабо влияет на наблюдаемые максимальные скорости медленных доменных стенок, но при этом существенно влияет на максимальные скорости сверхбыстрых стенок.
4. Кинетика доменной структуры в KTA обусловлена движением стенок трех типов. Разница скоростей самых медленных и самых быстрых стенок достигает двух порядков. Для медленных стенок наблюдается определенная зависимость скоростей стенок от угла отклонения от [100] направления угловые зависимости скоростей стенок вызваны эффектом детерминированного зародышеобразования.
5. В монокристаллах семейства LN импульсы Баркгаузена в токе переключения соответствуют движению сверхбыстрых доменных стенок. Эффект стабильности формы возникает в результате слияния доменов сравнимых размеров. Скачкообразное движение доменной стенки возникает при слиянии большого и малого доменов. Предложенный метод аппроксимации формы импульсов Баркгаузена позволяет извлечь скорости доменных стенок, формирующихся в результате слияния доменов, с точностью, превышающей точность метода in situ.
6. Проведен статистический анализ тока переключения в CLN. Частотный спектр шума Баркгаузена подчиняется степенной зависимости, т. е. наблюдается фликкер-шум со степенным показателем β = 1.28. Для функций распределения длительности, площади и энергии ИБ наблюдается масштабная инвариантность. Процесс переключения в CLN обладает свойством самоорганизованной критичности.
7. Эволюция доменной структуры при переключении поляризации в CLN с квадратной 2D решеткой существенно отличается от случая исходного монодоменного CLN. Растущие домены вытянуты в кристаллографическом направлении Y, совпадающем с направлением 2D-решетки. Скорости основных типов стенок близки к скоростям быстрых стенок для переключения из монодоменного состояния, что обуславливается постоянным процессом слияния с доменами 2D структуры. Наложение полидоменного состояния изменяет характер переключения в CLN с персистентного на антиперсистентный.
8. При переключении CLN с поверхностным искусственным диэлектрическим слоем диоксида кремния происходит смена размерности роста доменной структуры. В зависимости от величины поля реализуются три сценария роста квазирегулярных : 1) рост трех лучей в направлениях Y+ с последующим их расщеплением - "звезды" в низких полях, 2) рост лучей из вершин шестиугольного домена в направлениях Y+ - "снежинки" в промежуточных полях, 3) рост лучей преимущественно в направлениях Y+ и Y- с ветвлением и расщеплением на сектора - "дендритные снежинки" в высоких полях. Дендритные структуры формируются в приповерхностном слое толщиной около 15 мкм.