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铁电材料的自发畴结构(一)

2026年04月04日 10:40:05      来源:北京华测试验仪器有限公司 >> 进入该公司展台      阅读量:0

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      铁电材料宏观化强度的翻转,本质上是内部局域电畴反转后扩散生长的结果。所谓电畴,就是铁电体中,晶胞自发形成的电偶矩排列方向致的小区域。由于材料宏观上需要保持静电平衡以使结构能量低达到稳定状态,所以自然界很少有单畴铁电体。每块铁电材料中都有大大小小不同化朝向的电畴交织在起。而电畴的形状、大小、电畴之间的化夹角,又和具体材料的晶格结构和化取向有关。如:在四方相的 BaTiO3 单晶中,相邻电畴的自发化强度取向之间的夹角只允许存在 90°和 180°;而在菱方相 BFO 中,相邻电畴的化夹角则有 71°、109° 和 180°。

    以 BFO 的电畴结构为例:图 1.6(a)为菱方结构 BFO 可能存在的八个电化方向矢量,以及相对应的四种铁弹结构变体 r1、r2、r3、r4。图 1.6(b)和图1.6(c)为 BFO 沿(100)方向生长的薄膜材料中长见的两种畴壁排列方式 71°畴和109° 畴。其中 71°畴面外方向全部指向上方,面内方向来回呈“之”字形;而 109° 畴面外方向上下交替反平行,面内方向同样呈“之”字形。具体会形成那哪种畴结构,还与薄膜材料衬底有关。般来说,导电性衬底倾向于形成 71°畴,如图 1.6(d),导电性衬底与 BFO 的界面有足够的电荷来屏蔽由于化而产 生的单性化束缚电荷;而对于 109° 畴,由于界面处有电荷符号相反的化束缚电荷,可以在交界处形成闭合电场,不需要太多自由电荷,因而更倾向于在导电性不好的衬底上形成。此外,在(100)方向生长的 BFO 薄膜材料中 180°畴结构相对于另外两种畴结构不稳定,不易出现。这种畴结构主要会出现在(111)方向生长的 BFO 薄膜中。

 BiFeO3 薄膜材料化方向除了受衬底导电性影响,还与材料与衬底的界面有关。如图(1.7)的示意图所示,相同条件生长在 La0.7Sr0.3MnO3/SrTiO3 衬底上的BFO薄膜,其铁电方向在BiO界面终止层的情况下铁电化指向界面外方向,而在 La0.7Sr0.3O 界面终止层的情况下化指向界面。其主要原因是,不同界面终止层的原子电负性不样,相对于体内所显的电势差也因此不同。铁电的化会在内部形成个和化方向相反的退化电场,这个电场的方向倾向于抵消由界面电负性所带来的电势差。所以界面到体内不同的电势差,需要不同方向的退化电场,也就需要铁电化的方向不同。

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