Моделирование электромеханических свойств наноматериалов
Сформулирована модель роста наноразмерных сегнетоэлектрических доменов в окрестности зонда атомно-силового микроскопа. Воспроизведены и объяснены экспериментально наблюдаемые формы доменов от округлых фигур до многоугольников с четкой огранкой. В отличие от предыдущих работ, где производилась попытка интерпретации с использованием анизотропии энергии доменных стен, мы показали, что анизотропия формы связана с трансляционной симметрией кристаллов, а именно – с торможением доменных стен на кристаллической решетке. Показано, что при несоответствии постоянных решеток пленки и подложки релаксация напряжений путем изгиба приводит за счет эффекта Пуассона к изменению толщины подложки. Рассчитан вклад деформации подложки в пьезоэффект, который по величине оказался сравним с пленочным. Рассмотрено флексоэлектричество в макроскопически неполяризованном многодоменном сегнетоэлектрике. Показано, что флексоэлектрические модули модифицируются за счет пьезоэффекта в отдельных доменах. Построена теория возмущений, согласно которой эффект возникает в третьем порядке. Оценка эффекта для титаната свинца в изотропном приближении показала, что поправки к флексоэлектрическим модулям сравнимы по величине с их исходными значениями, в то время как поправка к «затравочной» величине мала, что позволяет использовать теорию возмущений. Показано, что корректное описание флексоэлектрического эффекта в пластине неизбежно требует учета упругих модулей высшего порядка. Сформулирована общая теория и произведен аналитический расчет для круглой пластины. Получены формулы для интерпретации обратного флексоэлектрического эффекта в круглой пластине с круглым электродом.
Схема локального переключения сегнетоэлектрика острием сканирующего зондового микроскопа (а), эволюция поляризации в рамках двумерной модели в плоскости XY (б) и визуализация тока смещения, показывающая транспорт экранирующего заряда к точкам роста домена (в).
Руководитель работы – к. ф.-м. н. Юдин П.В., тел. +7 (383) 316-51-37.