Исследование ученых УрФУ двигает вперед развитие доменной инженерии
Эффект преобразования одномерно растущих (1D) полосовых сегнетоэлектрических доменов в кристалле ниобата лития в цепи двумерно растущих (2D) изолированных доменов первыми в мире продемонстрировали и объяснили ученые УрФУ, сообщает 27 сентября пресс-служба университета.
Статья с результатами исследований екатеринбургских ученых опубликована в журнале Acta Materialia. Описанная в статье работа — это результат 40-летней научной деятельности профессора кафедры физики конденсированного состояния и наноразмерных систем, главного научного сотрудника отдела оптоэлектроники и полупроводниковой техники УрФУ Владимира Шура и коллектива созданной им лаборатории мирового уровня по изучению доменной структуры сегнетоэлектриков.
В аннотации к статье исследователи пишут, что ими была решена задача обнаружения в сегнетоэлектриках эффекта увеличения размерности формы домена от одномерной (1D) до двумерной (2D), аналогичного хорошо известному эффекту увеличения размерности формы для ферромагнитных доменов, «представляющее создание магнитных пузырей путем приложения однородного магнитного поля к полосковой доменной структуре».
«В настоящей работе мы представляем обнаруженную одномерную трансформацию формы домена в двумерную под действием пироэлектрического поля, возникающего в кристалле ниобата лития в результате облучения импульсами ИК-лазера (инфракрасного — прим. ИА Красная Весна)», — далее сообщают ученые.
В эксперименте исследователи последовательно облучали пластинки монодоменного кристалла ниобата лития толщиной 0,5 мм двумя импульсами ИК-лазера. После нагрева с последующим охлаждением в кристалле возникало сильное поле —электрическая поляризация из-за изменения температуры кристалла, поскольку все сегнетоэлектрики являются также пироэлектриками.
При охлаждении после первого импульса под действием пироэлектрического поля на поверхности кристалла в облученной зоне возникали узкие полосовые домены с параллельными стенками, меньше микрона шириной и глубиной до 200 микрон. Второй импульс превращал полосовые домены в регулярные цепочки изолированных круглых субмикронных доменов.
Оригинальная методика 3D-визуализации доменных стенок с помощью оптической микроскопии, основанной на генерации 2-й гармоники (методе, предполагающем «накачку» импульса лазерного излучения), позволила объяснить полученный эффект.
Так, полосовые домены на поверхности после первого импульса ИК-лазера оказались гребневыми доменами с регулярными зубьями. При этом образование в объеме кристалла доменов зубьев с заряженными доменными стенками сопровождает удлинение полосовых доменов при охлаждении после первого облучения.
Под действием второго импульса при нагреве гребенчатые домены расщепляются на изолированные конические, то есть происходит превращение одномерных 1D доменов в двумерные — 2D. Компьютерное моделирование подтверждило выявленный исследователями механизм самоорганизованного образования гребневых доменов и их последующей эволюции.
«Исследование эволюции доменной структуры, управление формой доменов и получение самоорганизованных структур представляют исключительный практический интерес», — рассказал Владимир Шур.
Так, 2D структуры сегнетоэлектриков могут использоваться для создания источников электрического поля заданной геометрии, например, для усовершенствования разработанного в лаборатории Шура метода генерации и нанесения пиколитровых (триллионная часть литра) капелек жидкости, используемых в биологических и медицинских исследованиях, а также при разработке портативного источника рентгеновского излучения.
Следует напомнить, что сегнетоэлектрики — это подкласс пироэлектриков, у которых приложением внешнего электрического поля можно изменить направление спонтанной поляризации.
