壓應(yīng)變對BaTiO3鐵電體抗輻射性能影響的分子動力學(xué)模擬.pdf

1、鐵電材料由于具有鐵電、介電、壓電、熱釋電、電光、聲光等優(yōu)異的物理性能，被制成鐵電存儲器、探測器和傳感器等功能器件，廣泛應(yīng)用在微電子、光電子以及空間技術(shù)等領(lǐng)域。近些年，隨著航空航天、核技術(shù)的發(fā)展，人們對電子元器件的穩(wěn)定性和可靠性提出了更高的要求。鐵電材料及其器件由于具有較好的輻射穩(wěn)定性，適宜在輻射環(huán)境下應(yīng)用，從而引起了科研工作者的廣泛關(guān)注。然而輻射環(huán)境下高能粒子的作用必然會導(dǎo)致鐵電材料及其器件產(chǎn)生輻照損傷，嚴重影響其可靠性和穩(wěn)定性。目前，

2、人們已通過應(yīng)變工程實現(xiàn)了對鐵電薄膜性能的調(diào)控，例如通過壓應(yīng)變可以實現(xiàn)使鐵電材料極化強度、相變溫度、缺陷形成能增加等。但是，目前還未將應(yīng)變工程應(yīng)用于鐵電材料輻射效應(yīng)的研究中，應(yīng)變對鐵電材料抗輻射性能的影響還缺乏大量的實驗研究和理論驗證?；诖?，本論文將以BaTiO3鐵電體作為研究對象，通過殼模型分子動力學(xué)方法，研究了壓應(yīng)變對鐵電體抗輻射性能的影響。
　　首先，采用殼模型分子動力學(xué)方法研究了壓應(yīng)變對BaTiO3鐵電體輻射位移效應(yīng)的影響

3、。在模擬中我們以O(shè)原子為初沖原子(primary knock-on atom，PKA)，并設(shè)定PKA能量為1 keV、入射方向為[001]。通過統(tǒng)計不同壓應(yīng)變下BaTiO3輻射過程形成的缺陷數(shù)量，發(fā)現(xiàn)壓應(yīng)變能夠有效抑制缺陷的生成。此外，在壓應(yīng)變?yōu)?和2％情況下，我們模擬了輻射過程中不同時刻體系產(chǎn)生的局域損傷、計算了體系穩(wěn)定后缺陷原子的離位距離以及PKA在外電場下的遷移距離。研究發(fā)現(xiàn)，壓應(yīng)變的存在不僅可以減小 BaTiO3體系的損傷區(qū)域，

4、還能有效縮短缺陷原子的離位距離和PKA在電場下的遷移距離。由此可見，壓應(yīng)變對輻射造成的晶格損傷具有抑制作用。因此，可通過引入壓應(yīng)變來調(diào)控BaTiO3的輻射損傷。
　　其次，研究了應(yīng)變對輻射作用下的 BaTiO3性能演化規(guī)律的影響。通過計算不同壓應(yīng)變情況下 BaTiO3單疇結(jié)構(gòu)輻射前后的極化強度，我們發(fā)現(xiàn)極化強度隨壓應(yīng)變的增加幾乎呈線性增加，壓應(yīng)變使得輻射后極化強度降低幅度減小。由此可以看出，應(yīng)變可以抑制輻射導(dǎo)致的極化下降，有效地保