基于扫描探针显微镜的铁电畴壁动力学标度行为研究

摘要

铁电材料内存在着按电畴分布的自发极化，相邻两个电畴之间是一层很薄的极化过渡区域，称为畴壁。畴壁只有几层原子厚度，对其更为细致的研究受到了表征技术的限制，目前还缺少对畴壁微观动态特性的研究手段。在本文中，我们尝试将表面生长的动态标度方法引入铁电畴壁的研究中，通过将铁电畴壁视作弹性界面，对此界面运动过程中形貌的演变进行宏观统计，来确定畴壁生长符合的普适模型，再将普适模型的特点代入到铁电材料体系中，帮助我们理解反转成核、畴壁扩张等微观过程。 本文中我们研究了典型铁电材料铌酸锂和铁酸铋薄膜内电畴生长过程中畴壁形状的演变规律，主要内容有以下两个部分： 一、基于扫描探针显微镜平台设计了一套控制和记录畴壁生长的方法，利用此方法观察畴壁的演变规律，然后利用标度方法分析畴壁生长的粗化过程。实验结果确定了畴壁生长的粗糙度指数α=1.48、生长指数β=0.37和动态指数z=4，指出此系统的生长服从于一维分子束外延模型，说明畴壁移动过程中的成核概率与畴壁形貌密切相关，成核中心更容易在负值曲率半径处形成； 二、优化了低温压电力显微镜的成像效果，利用此平台研究了畴壁在外场作用下的运动速度与温度的依赖关系。实验结果说明针尖电场作用下的畴壁运动属于缺陷扰动下的蠕动运动，得到了290K、40K和10K温度下此运动的激活场分别为2.30±0.05MV/cm，2.80±0.05MV/cm和4.70±0.10MV/cm，进而验证了理论预期中蠕动运动对温度的强依赖特性，说明铁电极化反转过程中热扰动具有重要影响。

目录

声明

第一章绪论

1.1铁电性与畴壁

1.2表界面生长的动力学标度行为

1.3研究现状与研究意义

1.3.1不同系统上的标度行为研究

1.3.2畴壁动态特性的研究现状

1.3.2畴壁动力学标度行为的研究意义

第二章实验原理与实验方法

2.1.1铌酸锂单晶薄膜

2.1.2铁酸铋外延薄膜

2.2.1扫描探针显微镜

2.2.2压电力显微镜

2.2.3基于PFM的电畴反转

2.2.4压电响应回线扫描

2.3动态标度行为分析方法

2.3.1沉积模型

2.3.2连续性动力学方程

2.4本章小结

第三章畴壁的动力学标度行为

3.1.1快闪式PFM

3.1.2图像处理

3.2标度指数的计算

3.3模型分析与解释

3.4 LN样品中的外围成核现象

3.5本章小结

第四章畴壁运动的温度依赖特性

4.1实验方法

4.1.1 DFRT提高成像效果

4.1.2不同温度下的压电响应回线

4.1.3不同温度下的电畴运动

4.2不同条件下的电畴半径数据

4.3蠕动公式的理论拟合

4.4 BFO面内极化方向的分辨

4.5本章小结

第五章全文总结

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间的研究成果