基于横场Ising模型两种不同材料铁电薄膜相变性质研究

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ΩB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ΩB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(ωB=ΩB/T)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JB，横场遂穿参量ΩB对体材料总参量过渡值ωAC的影响，及晶种层总参量ωB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ΩA，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ΩA。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章 绪论

1.1本文选题依据及研究意义

1.2国内外研究现状

1.3本文的研究方法及内容

第二章 铁电薄膜及其相变基本理论

2.1铁电薄膜

2.1.1铁电体的定义

2.1.2铁电薄膜的研究现状及其应用

2.2相变理论

2.2.1相图及相变的描述

2.2.2相变的分类

2.2.3铁电体铁电-顺电相变

2.2.4序参量

2.2.5朗道理论

2.2.6统计物理理论

第三章 伊辛模型的理论处理

3.1伊辛模型

3.2博格留波夫法

3.3铁电薄膜格林函数理论

3.3.1赝自旋理论与横场伊辛模型

3.3.2准粒子

3.3.3格林函数方法在铁电薄膜中的应用

第四章 插层铁电薄膜相变性质研究

4.1插层铁电薄膜研究的意义

4.2插层铁电薄膜理论模型及其处理方法

4.3插层铁电薄膜相图数值计算

4.3.1插层材料JS～TC关系相图

4.3.2插层材料ΩS～TC关系相图

4.4交换相互作用参量对横场参量的影响

4.5插层薄膜的极化

4.5.1理论获得的极化计算结果

4.6与实验比较的结果

第五章 晶种层对铁电薄膜相变性质的影响

5.1晶种层研究的意义及其研究现状

5.2晶种层薄膜模型及其处理方法

5.3晶种层薄膜相图计算

5.3.1理论模型

5.3.2晶种层材料TC～ωS关系相图

5.3.3晶种层材料TC～ωS关系相图

5.4晶种层的交换相互作用参量和横场参量对其总参量的影响

5.5晶种层对薄膜极化的影响

第六章 两种不同材料层铁电薄膜相变性质研究

6.1两种不同材料层铁电薄膜研究意义

6.2两层不同材料组成的铁电薄膜模型及其处理方法

6.3两种材料组成铁电薄膜相图计算

6.3.1两种材料JSA～TC相图

6.3.2两种材料ΩSA～TC相图

6.4两种薄膜极化情况

第七章 主要结论

致 谢

参考文献

攻硕期间取得的研究成果