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基于横场Ising模型两种不同材料铁电薄膜相变性质研究

王春栋  
【摘要】: 铁电薄膜(PZT, BST, BTO等)具有压电、热释电、电光、声光、光折变、非线性光学效应和高介电系数等优良特性,具有重要的基础研究和应用价值。对铁电薄膜的理论研究主要是运用横场伊辛模型(TIM),研究铁电薄膜的铁电相,顺电相相变,居里温度,极化等。然而前人大多数工作集中在研究同种材料的铁电薄膜,或者超晶格结构的相变研究。本文基于横场伊辛模型(TIM),运用格林函数理论研究了同种材料(A材料)中插入不同材料层(B材料)的铁电薄膜的相变性质;在同种材料(A材料)铁电薄膜中添加晶种层(B材料)的相变性质;由两种不同材料层(A/B)组成的铁电薄膜相变性质。 主要研究了下面三方面的内容: (1)运用格林函数理论首次获得了一个适合于研究任意层数同种材料(A材料)中插入不同材料层(B材料)的铁电薄膜的相变性质的公式,运用该公式系统的讨论了插入层(B材料)的交换相互作用JB及横场遂穿参量Ω_B对相图的影响,插入层(B材料)的交换相互作用JB对插入层(B材料)的横场遂穿参量过渡值ΩBC的影响,及插入层(B材料)的交换相互作用JB和横场遂穿参量Ω_B对整个铁电薄膜的极化及居里温度的影响。研究发现当选择的插入层(B材料)的交换相互作用比体材料A大,而其横场遂穿参量比体材料A小时,铁电薄膜的各层极化,及整个薄膜的居里温度明显提高。 (2)利用推导所获得的一个适合研究任意层数带有晶种层铁电薄膜相变性质的公式,研究了晶种层总参量ωB(ω_B =Ω_B/J_B)对相图的影响,分别系统的研究了晶种层交换相互作用参量J_B,横场遂穿参量Ω_B对体材料总参量过渡值ω_(AC)的影响,及晶种层总参量ω_B对整个铁电薄膜平均极化及居里温度的影响,计算结果发现增加晶种层比没有增加晶种层薄膜的极化和居里温度均有很大的提高。 (3)利用推导所获得的一个适合于研究任意层数两种材料组成的铁电薄膜(A/B)型相变性质的公式,研究了当B材料的所有参数固定时A材料的两个参量(交换相互作用,横场遂穿参量)对相图的影响。同时也研究了A材料的横场遂穿参量Ω_A,及A材料的表面相互作用JA对极化和居里温度的影响。研究结果表明相图敏感的依赖于A材料的交换相互作用JA和横场遂穿参量Ω_A。


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