自由边界条件下的温度梯度铁电薄膜的极化性质研究

在平均场近似下,采用横场Ising模型研究自由边界条件下的温度梯度铁电薄膜的极化性质.当温度梯度铁电薄膜采用自由边界条件时,薄膜受热导致晶格沿极化方向膨胀使得赝自旋相互作用系数发生变化,因此,赝自旋相互作用系数应作为坐标的函数.研究表明:考虑赝自旋相互作用系数的变化后,温度梯度铁电薄膜的极化强度和相变温度都较不考虑赝自旋相互作用系数变化的情况有所增加.薄膜始末两赝自旋层的温度比以及薄膜固定端的温度是影响温度梯度铁电薄膜极化性质的两个重要因素.     

高探测优值钙钛矿结构热释电薄膜研究进展

为了获得优异性能的热释电薄膜材料,详细论述了热释电薄膜探测优值的提高途径和影响因素.研究重点在提高薄膜热释电系数(新材料体系的开发及原有材料的掺杂改性)以及降低薄膜的介电常数(多孔/多层薄膜结构设计).但单纯热释电系数的提高对于提高探测优值作用有限;而设计多孔/多层结构会造成薄膜质量劣化,增大漏电流密度.因此作者结合多孔薄膜和多层薄膜的各自优点,利用界面优化调谐的作用,在低结晶温度下,设计和制备出双层致密薄膜包夹多孔薄膜的复合结构薄膜.由此给出一种提高热释电薄膜探测优值的有效途径,同时复合结构薄膜体系的低温结晶对热释电薄膜在硅基电路上实现单片集成化具有重要价值.     

不同锆锡比对PLZST铁电陶瓷相变行为的影响

对不同锆锡比的Pb_(0.97)La_(0.02)(Zr_(0.12+x)Sn_(0.7-x)Ti_(0.18))O_3铁电陶瓷的铁电和相变行为进行了系统的研究,阐明了组成和温度对PLZST铁电陶瓷的相变效应的影响规律.研究结果表明:PLZST铁电陶瓷均呈现典型的铁电体电滞回线.随着温度的升高,PLZST12/70/18,PLZST52/30/18,PLZST62/20/18发生铁电-顺电相变,PLZST22/60/18,PLZST32/50/18,PLZST42/40/18为铁电-反铁电-顺电相变.     

超薄铁电膜的居里温度及表面效应

采用平均场理论下的横场Ising模型,得到同时考虑Ω≠Ω,J≠J情况下超薄铁电膜的居里温度表达式．利用所得出的居里温度表达式,分别计算了不同层数超薄铁电膜的居里温度与表面赝自旋相互作用和表面隧穿频率的关系,通过分析,得到一些新的由居里温度反映的表面效应信息．     

薄膜厚度对铁电薄膜铁电性能的影响

为研究薄膜厚度对外延铁电薄膜铁电性能的影响,应用与时间有关的Ginzburg-Landau方程,在同时考虑应力和表面效应的条件下,获得了不同应力情况下,不同厚度铁电薄膜的电滞回线及蝶形应变迟滞回线.计算结果显示,处于不同应力值下的铁电薄膜,剩余极化强度和场致应变随着薄膜厚度的增加而增加.而矫顽场随着薄膜厚度的增加而减小.证明了不同应力情况下,薄膜厚度对剩余极化强度和矫顽场的影响是不能忽略的.这种变化趋势与实验结果的情况是一致的.     

温度梯度铁电薄膜中的量子起伏效应研究

在平均场近似的理论框架下,采用拓展的横场伊辛模型理论,通过研究不同边界条件下的BaTiO3温度梯度铁电薄膜内的极化分布来探讨薄膜内部的量子起伏效应．研究表明：量子起伏效应对温度梯度铁电薄膜的极化性质有重要影响,它显著降低了薄膜内的极化强度;量子起伏效应在薄膜低温区的影响比在高温区的影响显著;对固定边界条件下的薄膜的影响要高于对自由边界条件下的薄膜的影响;对下温度梯度铁电薄膜的影响要大于对上温度梯度薄膜的影响;当量子起伏效应足够强时,下温度梯度铁电薄膜内的极化分布将会出现一个临界点,临界点前后极化偏移的方向发生了改变．     

简讯

我校技术物理系青年教师王旭升承担的国家自然科学基金项目“新型热释电探测器机理研究”于93年5月份通过了陕西省教委组织的专家技术鉴定。本研究对简支边界铁电晶体薄板沿厚度方向温度非均匀变化和大块铁电晶体厚板局部均匀加热两种模型的第三热释电效应进行了理论推导和计算,理     

人工复合铁电薄膜的相变性质研究

建立3层铁电复合薄膜的理论模型,在G inzburg-Landau-Devonsh ire（GLD）唯象理论的框架下,引入局域分布函数描述不同材料间过渡层的性质,重点研究具有不同相变温度的铁电材料复合而成的铁电薄膜的相变性质.通过改变3种不同铁电材料的相变温度,计算复合铁电薄膜内部的极化强度分布和相变温度.研究表明：3种铁电材料相变温度的梯度变化导致了复合薄膜内部极化分布的梯度变化;在未达到薄膜的相变温度前,薄膜的平均极化强度的一阶导数出现了一个突降,造成了平均极化强度的极大降低;不同材料间过渡层厚度对薄     

2BaTiO3/1SrTiO3/1CaTiO3超晶格的纵向挠曲电系数计算

采用基于密度泛函理论的第一性原理方法,研究了由²BaTiO₃/¹SrTiO₃/¹CaTiO₃所构成的超晶格材料的纵向挠曲电系数。构建了三种超晶胞构型,钛酸钡、钛酸锶和钛酸钙的层数比都为2：1：1,并且保持超晶胞的总层数为16层。对三种超晶胞构型,分别施加余弦应变,分析超晶格中各原子的位移和应变,以及每种构型的纵向挠曲电系数。结果表明,构型Ⅱ的纵向挠曲电系数可达5.63 nC/m,比单晶BaTiO₃、单晶SrTiO₃材料分别提升了16倍和6倍。本文的研究结果对遴选纵向挠曲电系数的材料具有较好的指导意义。     

新型非易失性铁电存储设备

美国的科学家们正在研制一种新的计算机存储设备——铁电晶体管随机存取存储器，其将比现在的商用存储设备更快捷，能耗更低。这种新型存储设备将由硅纳米线和铁电聚合物集合而成。铁电材料是指具有铁电效应的一类材料，是热释电材料的一个分支。     

基于挠曲电效应的悬臂梁式微俘能器动态响应特性研究

本文针对挠曲电俘能技术的发展需要,研究悬臂梁式挠曲电俘能器的动态响应特性,发展有效的理论分析方法,建立悬臂梁式挠曲电俘能器的理论模型,揭示挠曲电效应、尺寸效应、阻尼和质量块等因素对俘能特性的影响规律,确立提高俘能器输出功率的方法.     

TiO2种子层对(Pb,La,Ca) TiO3薄膜织构的影响

利用脉冲激光法(PLD)制备了镧钙掺杂的钛酸铅(Pb0.8La0.1Ca0.1) Ti0.975O3(PLCT)热释电薄膜,通过广角X射线衍射(XRD)研究了薄膜的相组成,利用X射线镜面反射表征TiO2种子层的厚度,通过X射线衍射及ω扫描研究了TiO2种子层对薄膜晶体学织构及其弥散程度的影响.结果表明,合适的晶化温度可以获得纯钙钛矿相的PLCT热释电薄膜.种子层的引入改变了薄膜的织构类型,无种子层时,薄膜倾向于形成(100)织构;而引入TiO2种子层则有利于薄膜(301)织构的形成.     

锆钛酸铅95/5薄膜的介电性能与弛豫特征

采用溶胶-凝胶法制备锆钛酸铅95/5（PZT95/5）薄膜,通过分析介电温度谱、介电频谱研究薄膜的介电性能.研究结果表明：介电常数-温度曲线ε（T）的相变峰随着频率的增加而逐渐变得平坦.同时,介电常数倒数与温度曲线ε-1（T）在高频不符合居里外斯定律;采用普适弛豫定律公式,对不同温度下的介电频谱曲线ε（f）进行拟合,得到弥散系数随着温度的变化曲线,该曲线在铁电-顺电转变以及反铁电-铁电转变这两个特征温度附近出现异常,结合材料反铁电-铁电-顺电相变的微观结构变化规律对此现象进行了讨论.     

压电陶瓷的非线性电应变效应

本文介绍一种用迈克尔逊干涉仪测量压电体在外电场Ｅ３作用下的应变Ｓ１的新方法,测量精度达到０．０３μｍ．Ｅ３交变时,观测到一种稳定的不对称的压电回线．用铁电极化的理论解释了出现压电非线性效应的原因．     

准2-2型多铁性薄膜-块体复合材料磁电性能研究

将一种铁性薄膜层状沉积在另一种铁性基底上从而实现磁电性能的复合材料称为准2-2型多铁性复合材料.基于朗道热力学理论,研究了锆钛酸铅铁电薄膜Pb(Zr0.2Ti0.8)O3(PZT)平面应变对薄膜铁电性能的影响.引入与薄膜厚度参量相关的应变松弛理论,给出了薄膜厚度与薄膜面内错配应变的变化关系.最后结合铁磁基底La0.7Sr0.3MnO3(LSMO)与外磁场大小相关的非线性压磁系数,分别讨论了铁电薄膜厚度和外加磁场强度对准2-2型PZT-LSMO复合材料磁电性能的影响.研究结果表明:该构型复合材料具有高达1.8V/cm·Oe的纵向磁电电压系数,有望应用于新型电子器件.     

双程形状记忆效应的唯象动力学模型

构造可以用于描述一维结构的形状记忆合金（SMA）的双程形状记忆效应的唯象动力学模型. 该模型基于与形状记忆合金中热弹性相变有关的唯象理论,将应力场和热场下的滞回环曲线视为马氏体相变和马氏体变体重构在宏观层面上的表现. 为了模拟温度诱发的相变,构造非凸自由能函数,使得函数的每个局部平衡对应于相变过程中的一个相. 在外部负载（力或者热）的作用下,可以通过模拟系统状态（应变）在不同平衡态之间的转变,研究温度诱发的相变. 相变动力学的控制方程采用拉格朗日方程,以非线性微分方程来表示. 利用非线性常微分方程描述单程形状记忆效应,通过对不同相变过程的加权组合描述双程形状记忆效应. 开展有关力和热负载下的数值实验,模拟热和应力诱发的相变以及热负载下与单程形状记忆效应和双程形状记忆效应有关的滞回环,模拟马氏体重构所导致的单滞回环以及超弹性效应所引起的双滞回环. 从实验结果可以看出,双程形状记忆效应及超弹性效应均可以被提出的模型成功捕捉,验证了该模型的描述能力.     

用掺杂方法改变VO2多晶薄膜相变温度研究

用离子束增强沉积方法对二氧化钒多晶薄膜作Ar和W掺杂,明显改变了二氧化钒薄膜的相变温度.研究表明,成膜时注入的氩在二氧化钒结构形成前就很快外释,掺杂Ar对相变温度降低的贡献主要来自间隙Ar.W原子的掺杂可有效地将二氧化钒多晶薄膜的相变温度降低到室温附近,为大幅提高薄膜的室温电阻-温度系数提供了可能.     

集肤效应电伴热管道再启动三维非稳态传热过程数值模拟

对集肤效应电伴热管道停输再启动过程进行了研究。考虑管道正常运行及停输过程中管内原油粘度、密度、比热容、导热系数随温度的变化情况,同时考虑停输过程中的原油凝固潜热对温降的影响,对集肤效应电伴热管道加热到输送温度的过程进行了数值模拟,数值模拟结果可为确定合理的停输再启动时间、管道安全启动提供理论指导。     

钇和钬掺杂对铋层状化合物的介电性的影响

为了研究和改善铋层状化合物的介电性能,利用常规固相反应法制备了稀土钇和钬掺杂的钡铋三钛二铌氧十二陶瓷,并研究了其介电性能随温度变化的规律． Ｘ射线衍射结果表明,钇和钬能部分替代钙钛矿层中的铋,形成纯相固溶体陶瓷．所有样品的介电温谱显示出典型的弥散型铁电相变,并且介电常数和居里温度均随稀土掺杂量的增加而降低．结果表明,钙钛矿层中Ａ位和Ｂ位多元素的共同占位导致局部成分的不均匀,从而引起铁电相变的弥散．钇和钬部分替代钙钛矿层中的铋,抑制了与铋关联的结构变形,从而减少了铁电极化．     

铁电极化调控SnSe薄膜光电性质研究

利用脉冲激光沉积(PLD)技术在铌酸锂基片上沉积SnSe薄膜,研究了不同极化方向的铁电基片对SnSe薄膜光电性质的影响.控制PLD沉积时间,在铌酸锂基片上沉积出不同厚度的SnSe薄膜.X射线衍射和X射线光电子能谱的结果显示制备了高取向的单相SnSe薄膜.薄膜横截面高分辨透射电镜结果显示了薄膜具有较高的结晶质量.在无光照情况下,当铁电极化方向指向薄膜时,极化场可向SnSe薄膜中注入电子,使p型SnSe薄膜的电阻增加;当极化方向背离薄膜时,极化场可向SnSe薄膜中注入空穴,使p型SnSe薄膜的电阻降低.当用仅能使SnSe薄膜发生电子-空穴分离的632 nm激光照射时,不同极化方向的样品都表现出光电导增加的现象.当用405 nm激光照射时,不同极化方向的铌酸锂与薄膜界面处发生的电子-空穴分离使SnSe薄膜表现出完全不同的光电导效应.利用能带模型解释了不同铁电极化方向的铁电基片对SnSe薄膜光电导性质调控的机理.