铁电薄膜动态介电性质的理论研究

论文摘要

由于受到薄膜制备技术的限制,铁电薄膜表面与内部之间有一个很薄的过渡层(叫做非理想表面层),使得铁电薄膜成为一个不均匀的体系,它的性质不同于三维的体材料。在此之前,人们主要讨论的是铁电薄膜在静态电场下的性质,而对于含有非理想表面层的铁电薄膜在交流电场下介电性质有理论研究但并不多见,因此研究它在交流电场下的动态介电性质更具有十分重要的意义。本文利用平均场近似的软模理论和介电响应理论,对于非理想表面层状态的描述,引入了表征薄膜内电偶极矩之间相互作用强度随位置变化的参数λ和相对厚度η。对于二级相变铁电薄膜,通过数值计算得出了极化率分布和介电函数随外加电场的频率、温度以及表征薄膜物理性质参量的变化关系。非理想表面层的存在对于薄膜内动态极化率的空间分布有显著的影响,非理想表面层相对厚度增加极化率和电容率降低,相变温度也降低;增加表征薄膜内电偶极矩之间相互作用强度随位置变化的参数λ可以提高极化率和电容率,同时相变温度也有所提高,但是增加了介电损耗。阻尼系数小能得到高极化率、电容率和相变温度,并降低介电损耗。在交流电场作用下,随着外加电场频率的增加,相变温度逐渐降低。

论文目录

• 内容提要
• 第一章 绪论
• 1.1 选题背景
• 1.2 铁电体和铁电薄膜研究的发展及应用
• 1.2.1 铁电体的发展及应用
• 1.2.2 铁电薄膜的发展及应用
• 1.3 研究的主要内容
• 第二章 铁电体的相关理论
• 2.1 铁电体的基本概念
• 2.2 铁电体的基本理论
• 2.2.1 宏观热力学唯象理论
• 2.2.2 横场Ising模型和格林函数方法
• 2.2.3 第一性原理计算方法
• 2.2.4 平均场近似的软模理论
• 2.3 介电响应理论
• 2.3.1 复介电常数
• 2.3.2 两种类型的介电频谱
• 第三章 理论模型及相关理论
• 3.1 理论模型
• 3.2 铁电薄膜的电容率
• 3.3 铁电薄膜的介电响应理论
• 3.3.1 原胞之间没有相互作用的情况
• 3.3.2 原胞之间有相互作用的情况
• 第四章 数值计算与结果分析
• 4.1 铁电薄膜极化率的分布
• 4.1.1 η对极化率分布的影响
• 4.1.2 λ对极化率分布的影响
• 4.1.3 γ对极化率分布的影响
• 4.1.4 ω对极化率分布的影响
• 4.2 铁电薄膜介电函数随工作电压频率的变化
• 4.2.1 η对介电函数频率特性的影响
• 4.2.2 λ对介电函数频率特性的影响
• 4.2.3 γ对介电函数频率特性的影响
• 4.3 铁电薄膜介电函数的温度特性
• 4.3.1 η对介电函数温度特性的影响
• 4.3.2 λ对介电函数温度特性的影响
• 4.3.3 γ对介电函数温度特性的影响
• 4.3.4 ω对介电函数温度特性的影响
• 第五章 结论
• 参考文献
• 摘要
• Abstract
• 致谢