隨層數(shù)改變的相互作用參量對鐵電薄膜相變性質(zhì)的影響.pdf

1、鐵電性是指某些物質(zhì)存在自發(fā)電極化現(xiàn)象，并且自發(fā)極化矢量取向能隨著外電場而改變。鐵電材料的主要特征是具有鐵電性，即電極化強度與外電場之間具有電滯回線的關(guān)系。具有鐵電性且厚度尺寸為數(shù)十納米到數(shù)微米的膜材料叫鐵電薄膜。鐵電薄膜是一類重要的功能性薄膜材料，已成為國際上材料科學(xué)與凝聚態(tài)物理研究熱點中的熱點。相對于體材料而言，鐵電薄膜具有許多優(yōu)點：①可望與廣泛使用的微電子或光電子元件集成，從而構(gòu)成單片集成器件。②薄膜與襯底之間大的折射率差，使薄膜與

2、襯底本身就構(gòu)成一個光波導(dǎo)，并可望使器件實現(xiàn)高能光束限定從而使器件具有高的功率密度；可實現(xiàn)集光波導(dǎo)器件的小型化；③抗光損傷能力優(yōu)于同類型的體材料。相對于其它材料光波導(dǎo)來說，鐵電薄膜光波導(dǎo)優(yōu)勢主要表現(xiàn)在：價格低廉，易于制作，結(jié)構(gòu)緊湊，可靠性強。所以，對鐵電薄膜的研究，無論在理論創(chuàng)新和工程技術(shù)革新上都具有重要的指導(dǎo)作用，在工業(yè)生產(chǎn)、航空航天、計算機信息領(lǐng)域、軍事領(lǐng)域的應(yīng)用尤為突出。 本文第一章簡要介紹了鐵電薄膜的概念、在生產(chǎn)生活中的各

3、種應(yīng)用以及國內(nèi)外的發(fā)展動態(tài)。 第二章介紹了有關(guān)鐵電薄膜的一些基本理論：相變理論，包括相變概念、相變的描述、相變分類；伊辛模型，尤其是描述鐵電體的橫場伊辛模型。 在第三章詳細(xì)介紹了對鐵電薄膜的處理方法：宏觀上利用熱力學(xué)朗道理論處理，而在微觀上則從橫場伊辛模型的哈密頓量出發(fā)，利用統(tǒng)計理論的相關(guān)知識加以求解。 第四章中，在前面所介紹的理論的基礎(chǔ)上給出了如何利用平均場近似方法去研究鐵電薄膜的相變性質(zhì)。與以往他人工作的不同

4、之處在于，前人研究的是將整個薄膜看成是一塊均勻的薄膜材料，而本人的創(chuàng)新之處在于：研究了當(dāng)相互作用參量隨層數(shù)由表及里變化，即薄膜材料不均勻時，鐵電薄膜的相變性質(zhì)。為了研究方便，假定了相互作用參量隨層數(shù)由表及里按照一定規(guī)律增加或減少，同時，為了研究參量變化趨勢對薄膜相變性質(zhì)的影響，給出了參量的兩種變化趨勢。最后，對照了前人的理論計算結(jié)果和實驗結(jié)果，使本人的研究計算結(jié)果更加完善。本人工作可歸納為： 1．當(dāng)層間相互作用和隧穿參量隨層數(shù)增

5、加或減小時，對相圖鐵電區(qū)和順電區(qū)域大小影響。 2．當(dāng)層間相互作用和隧穿參量隨層數(shù)增加或減小時，對居里點大小影響。 3．當(dāng)層間相互作用和隧穿參量等于表面層參量和中間層參量(此時整個材料為取第一層值和取中間層值的均勻材料)時，相圖和極化與參量隨層數(shù)變化情況下的相圖和極化做了比較。 4．當(dāng)層間相互作用減少隧穿增加和層間相互作用增加隧穿減少情況也做了研究。 結(jié)果顯示，當(dāng)相互作用參量和隧穿參量隨層數(shù)變化時，其變化趨

6、勢會對鐵電薄膜的相變性質(zhì)產(chǎn)生明顯的影響，相圖的鐵電、順電區(qū)域大小和居里點大小取決于相互作用參量起支配作用還是隧穿參量起支配作用。選取相互作用參量起支配作用的材料，參量減少的越快，鐵電區(qū)域和居里點越?。粎⒘吭黾拥脑娇?，鐵電區(qū)域和居里點越大。本文所選材料屬于這一類。對于隧穿參量起支配作用的材料，參量減少的越快，鐵電區(qū)域和居里點越大；參量增加的越快，鐵電區(qū)域和居里點越小。以上表明，當(dāng)我們研究鐵電薄膜的相變性質(zhì)時，應(yīng)該考慮到參量的變化情況，因為