2023年全國碩士研究生考試考研英語一試題真題(含答案詳解+作文范文)_第1頁
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文檔簡介

1、鐵電材料在功能器件、智能結(jié)構(gòu)等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。隨著器件的小型化和微型化,鐵電材料納米結(jié)構(gòu)的研究受到了學(xué)術(shù)界和工業(yè)界越來越多的關(guān)注。其中,退極化場的消除機(jī)理關(guān)系到鐵電材料的尺寸效應(yīng)(區(qū)別于塊體材料的特殊性質(zhì),例如,納米尺寸下的電疇形貌),臨界尺寸(小于臨界尺寸鐵電性將消失)等問題。因此,對退極化場消除機(jī)理的研究不僅對物理、材料領(lǐng)域的基礎(chǔ)研究有著重要的學(xué)術(shù)意義,而且對工業(yè)應(yīng)用等也可以給出重要的指導(dǎo)。本文主要利用第一性原理計算,在不同的力

2、學(xué)、電學(xué)邊界條件下,探索和討論了多種退極化場的屏蔽機(jī)理。同時,以相場模擬方法作為第一性原理計算的外延,討論較大尺寸的鐵電納米結(jié)構(gòu)。
  (1)本文討論的第一種退極化場屏蔽機(jī)理為“多疇結(jié)構(gòu)”。多疇結(jié)構(gòu)盡可能的減少了極化在自由表面的不連續(xù)性,降低了退極化場的強(qiáng)度,因而可以在電疇內(nèi)部保持鐵電極化。通過對PbTiO3無約束薄膜的模擬,我們討論了其穩(wěn)定的閉合電疇結(jié)構(gòu)。并且通過和BaTiO3薄膜的比較,解釋了PbTiO3納米薄膜中鐵電臨界厚度

3、消失的機(jī)理。研究發(fā)現(xiàn),應(yīng)變梯度起了重要的作用。為了驗證這一點(diǎn),我們設(shè)計了BaTiO3納米管的算例,并在其中驗證了上述機(jī)理所預(yù)測的撓曲電效應(yīng)。
  (2)在無約束鐵電薄膜中,本文進(jìn)一步利用相場模擬方法,在更大尺寸范圍內(nèi)針對鐵電薄膜中帶狀180°電疇結(jié)構(gòu)的Kittel law和generalized scaling law,做了探索性的研究。相場模擬方法作為一種連續(xù)介質(zhì)理論,高度依賴于其采用的能量形式和參數(shù)。然而,其梯度能系數(shù)在以往的

4、文獻(xiàn)中并不確定,只是限于一個取值范圍。本文結(jié)合以上兩點(diǎn),在帶狀180°電疇結(jié)構(gòu)的模擬中考慮了不同的梯度能系數(shù),以揭示其對Kittel law的影響。并且,通過進(jìn)一步考慮疇壁厚度,在數(shù)值計算的層面上驗證并討論了generalized scaling law。
  (3)本文闡述的第二種退極化場屏蔽機(jī)理為“二維電子氣”?;贚aAlO3/SrTiO3界面上二維電子氣的實驗發(fā)現(xiàn),本文嘗試將其與鐵電薄膜相結(jié)合,利用鐵電極化來代替極性材料(

5、例如LaAlO3)中的內(nèi)在極化,并且從熱力學(xué)模型預(yù)測出了該機(jī)理的可行性。根據(jù)熱力學(xué)模型,當(dāng)鐵電薄膜的厚度大于臨界厚度時,二維電子氣可以穩(wěn)定存在于薄膜的界面或表面,并幾乎完全抵消了退極化場,從而穩(wěn)定了鐵電薄膜中的面外單疇構(gòu)型。根據(jù)這一預(yù)測,本文對PbTiO3/SrTiO3異質(zhì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了第一性原理計算,計算結(jié)果證實了該機(jī)理。
  (4)本文討論的第三種退極化場屏蔽機(jī)理為“金屬電極”。已有的實驗就多鐵性隧穿結(jié)Fe/BaTiO3/Fe的界

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