铁电超晶格的横场伊辛模型理论与模拟计算

论文摘要

本论文采用应用横场Ising 模型,通过考虑超晶格中的四体相互作用,引入界面之间的耦合作用,考察了铁电超晶格的自发极化、居里温度、介电常数与铁电超晶格周期的关系。得出了当超晶格周期改变的时候,其铁电超晶格的自发极化、居里温度、介电常数等会有明显的尺寸效应关系。并且各组元材料形成铁电超晶格后,其居里温度要比单独的组元材料高。本论文获得的主要研究结论如下: 1、应用横场Ising 模型,通过考虑超晶格中的最近邻赝自旋之间的相互作用和四体相互作用,在系统的哈密顿量中引入界面之间的耦合作用,建立了铁电超晶格的TIM 理论模型。2、获得了宏观热力学参量与微观参数之间的变化关系。根据自由能最小原理,得出了两个互相耦和的Euler-Lagrange 方程组。采用四阶龙格库塔方法或者欧拉预估-校正法求解上述联立方程组。模拟计算得到了铁电超晶格的极化强度、介电常数、介电损耗等与温度、超晶格的总厚度、超晶格的层厚之间的关系3、研究发现,随着BTO/STO 超晶格总厚度的增加,BTO 的极化强度都比同尺度的STO 的大,表明BTO 部分是BTO/STO 超晶格极化强度的主要贡献来源。4、研究发现,随着BTO/STO 超晶格厚度的增加,BTO/STO 超晶格的介电常数出现了两个突变的峰值。认为这主要反映了超晶格不同组元具有不同的临界尺寸的缘故。5、在铁电超晶格的TIM 理论模型的基础上,考虑了铁电超晶格的长程相互作用。通过对BTO/STO 超晶格的居里温度的模拟计算发现,当衰减指数σ取3

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 前言
• 1.1 超晶格与铁电体的出现
• 1.2 铁电超晶格的出现
• 1.3 铁电超晶格以及铁电薄膜的制备
• 1.4 铁电薄膜与铁电超晶格的应用
• 1.4.1 铁电储存器
• 1.4.2 微电子机械系统
• 1.4.3 热释电红外探测器件
• 1.5 铁电相变的微观理论介绍
• 1.5.1 概述
• 1.5.2 铁电体的理论研究核心
• 1.5.3 铁电软模相变理论
• 1.5.4 铁电相变近年研究进展
• 1.6 铁电理论当前的研究方向
• 1.7 本论文的选题依据
• 参考文献
• 第二章 铁电相变理论与横场Ising 模型
• 2.1 相变的理论基础
• 2.2 关于相变的Ising 模型
• 2.3 横场Ising 模型
• 参考文献
• 第三章 BTO/STO 铁电超晶格的模拟
• 3.1 铁电超晶格的耦和模型
• 3.2 BTO/STO 铁电超晶格的极化强度计算
• 3.3 BTO/STO 铁电超晶格的居里温度的计算
• 3.4 BTO/STO 铁电超晶格的介电性能的计算模拟
• 参考文献
• 第四章 铁电超晶格的长程相互作用
• 4.1 铁电超晶格的长程相互作用
• 4.2 计入长程相互作用后铁电超晶格的极化强度
• 4.3 计入长程相互作用后铁电超晶格的居里温度
• 4.4 计入长程相互作用后铁电超晶格的介电性能
• 4.5 考虑Maxwell-Wagner 效应铁电超晶格的介电性能
• 参考文献
• 第五章 主要研究结论以及进一步工作的建议
• 5.1 主要研究结论
• 5.2 进一步工作建议
• 附录 攻读硕士学位读期间发表的论文
• 作者在攻读硕士学位期间参加的科研项目
• 声明
• 致谢