Методы формирования индуцированных доменов и периодических доменных структур в сегнетоэлектриках

Как известно, образование 180°-ных доменов в оксидных сегнетоэлектриках связано с нецентросимметричным расположением ионов металлов (например, Li и Nb для ниобата лития) относительно подрешетки анионов кислорода, причем направление смещения катионов определяет направление вектора поляризации в домене. Таким образом, переполяризация возникает при смещении ионов из одного нецентросимметричного положения вдоль оси спонтанной поляризации в другое нецентросимметричное положение. Поэтому все известные к настоящему времени методы по процессу переполяризации можно разделить на две группы: использующие внешние электрические поля и использующие градиенты внутренних электрических полей.

Образование сегнетоэлектрических доменов в электрических полях

Методика формирования ПДС с использованием внешнего электрического поля состоит в предварительном нанесении системы полосовых электродов на поверхности тонких образцов (толщиной < 1 мм), перпендикулярных осям поляризации. Тогда при приложении к электродам электрического поля, обратного по знаку полю поляризации и превышающего его по величине, возникаета структура инвертированных доменов, глубина которых пропорциональна времени воздействия и напряженности приложенного поля. Грани доменов параллельны оси поляризации. Подобным образом ПДС были получены в кристаллах ниобата и танталата лития, титаната бария.

Образование ПДС во внутренних полях

Первые регулярные доменные структуры были получены в процессе обычных технологических операций по созданию монодоменных образцов: непосредственно в процессе выращивания по методу Чохральского или термической послеростовой обработки. В первом методе доменная структура формируется при охлаждении до температуры Кюри расплава, содержащего пространственные градиентные концентрации примесных ионов (например, иттрия), причем период структуры определяется градиентным распределением примеси. Во втором методе для создания области с инвертированной поляризацией одновременно с нагревом осуществляется диффузия ионов титана или протонов в кристалл или, наоборот, диффузия ионов кислорода или ионов, образующих решетку, из кристалла.

В какой-то мере близким к рассмотренному выше является способ создания ПДС с помощью сканирования поверхности сегнетоэлектрика узким электронным пучком.

Общим для этих методов является возникновение большого количества свободных электронов, которые формируют область пространственного заряда. Образующееся при этом электрическое поле, направленное навстречу полю спонтанной поляризации, ответственно за инверсию поляризации, особенно при высоких температурах.