Щербаков Крістіан Меселе Просторово-модульовані фази, наведені флексоелек- тричним ефектом у фероїках

brief description

Щербаков Крістіан Меселе, технік І категорії навчаль­ної лабораторії кафедри квантової радіофізики факультету радіофізики, електроніки та комп’ютерних систем Київ­ського національного університету імені Тараса Шевченка: «Просторово-модульовані фази, наведені флексоелек- тричним ефектом у фероїках» (01.04.02 - теоретична фі­зика). Спецрада Д 26.001.08 у Київському національному університеті імені Тараса Шевченка

Київський національний університет імені Тараса Шевченка
Міністерство освіти і науки України
Київський національний університет імені Тараса Шевченка
Міністерство освіти і науки України
Кваліфікаційна наукова
праця на правах рукопису
ЩЕРБАКОВ КРІСТІАН МЕСЕЛЕ
УДК 538.91-405:537.226
ДИСЕРТАЦІЯ
ПРОСТОРОВО-МОДУЛЬОВАНІ ФАЗИ, НАВЕДЕНІ
ФЛЕКСОЕЛЕКТРИЧНИМ ЕФЕКТОМ У ФЕРОЇКАХ
01.04.02 – теоретична фізика
Подається на здобуття наукового ступеня кандидата фізико-математичних
наук
Дисертація містить результати власних досліджень. Використання ідей,
результатів і текстів інших авторів мають посилання на відповідне джерело
____________ Щербаков К.М.
Науковий керівник МОРОЗОВСЬКА Ганна Миколаївна, доктор фізикоматематичних наук, старший науковий співробітник.
Київ – 2019

ЗМІСТ
Вступ 12
Розділ 1. Вплив флексоелектричного ефекту на дисперсію м'яких фононів і
просторово-модульовані фази у фероїках 19
1.1. Вступ до розділу 1 19
1.2. Функціонал вільної енергії і функція Лагранжа у скалярному наближенні
24
1.3. Аналітичні розв’язки лінеарізованих рівнянь стану 27
1.4. Вплив величини флексозв’язку та градієнта пружної деформації на
стабільність просторово-модульованої фази 32
1.5. Дисперсія м'яких фононів, розрахована у скалярному наближенні 39
1.6. Дисперсія м'яких фононів: порівняння із експериментом 46
1.7. Висновки до розділу 1 50
Розділ 2. Просторово-модульовані фази, індуковані флексоелектричним
зв'язком у фероїках і рідких кристалах 53
2.1. Вступ до розділу 2 53
2.2. Вплив флексозв'язку на фононні спектри та просторово-модульовані
фази в фероїках 56
2.3. Загальне формулювання формалізму Ландау-Гінзбурга-Девоншира 58
2.4. Аналітичні розв'язки для фероїків із співмірними та неспівмірними
фазами 59
2.5. Вплив флексоелектричного ефекту на поляризацію рідких кристалів
69
2.6. Висновки до розділу 2 76
Розділ 3. Вплив флексоелектричного ефекту на локальний електромеханічний відгук напівпровідників з іонно-електронною провідністю 78
3.1. Вступ до розділу 3 78
12
3.2. Динаміка локального електромеханічного відгуку за наявності рухомих
заряджених домішок 79
3.3. Вплив флексоелектричного ефекту на локальний електромеханічний
відгук тонких плівок напівпровідників із іонно-електронною провдністю 84
3.4. Висновки до розділу 3 92
Висновки до дисертації 93
Список використаних джерел 95
Додаток А. Список опублікованих праць за темою дисертації 117
Додаток Б. Тензорна форма вільної енергії і функції Лагранжа 119
Додаток В. Порівняння теорії з даними по розсіюванню нейтронів у фероїках
121

bibliography

ВИСНОВКИ ДО ДИСЕРТАЦІЇ
1) В рамках теорії ЛГД встановлено вплив флексозв'язку між параметром
порядку та градієнтами пружної деформації на виникнення та стабільність
ПМФ у фероїках, таких як невласні фероелектрики та одновісні
фероелектрики із співмірними та неспівмірними фазами далекосяжного
параметра порядку.
2) Проведений теоретичний аналіз показав, що фундаментальні верхні межі
для величини статичних флексоелектричних коефіцієнтів, встановлені
раніше без врахування квадрату градієнта пружної деформації, мають бути
замінені залежними від температури умовами, які накладені на константи
флексозв'язку.
3) Ми встановили, що ПМФ з'являється і стає стабільною у одновісному
фероелектрику з додатнім коефіцієнтом градієнта поляризації g>0, коли
константа флексозв'язку f перевищує критичне значення fcr, що збільшується
з підвищенням температури. Для менших f фаза з однорідною
фероелектричною поляризацією абсолютно стабільна. Одержані аналітичні
вирази показують, що fcr визначається зведеними градієнтами температури,
деформації та параметрами порядку, константами електрострикції та
коефіцієнтами розкладу в функціоналі ЛГД.
4) Ми вивели аналітичні вирази для двох хвильових векторів модуляції k− і k+
у ПМФ та проаналізували їх залежність від константи флексоелектричного
ефекту f і температури. Також ми розрахували дисперсію частоти м'якої
фононної моди (k) для одновісних фероелектриків з різними знаками
коефіцієнта градієнта поляризації, що дозволяє враховувати квадрат
градієнта пружної деформації, статичний та динамічний флексозв'язки та
вищий градієнт параметра порядку. Виявилось, що (k) для оптичної моди
слабо залежить від константи флексозв'язку f, а (k) для акустичної моди
сильно залежить від величини f.
98
5) Таким чином, наші результати в найпростішому 1D-скалярному
наближенні, яке коректно описує найнижчу акустичну і оптичну моди,
демонструють появу нетривіальних відмінностей у дисперсії оптичних та
акустичних мод при збільшенні флексоконстанти. Отже, аналіз спектра
фононів може дати важливу інформацію про вплив флексозв'язку на ПМФ в
різних фероелектриках.
6) Продемонстровано, що флексоелектричний зв'язок може істотно змінити
розподіл полярного параметра порядку у фероїках та рідких кристалах.
Зокрема результати теоретичного моделювання, виконаного в рамках
формалізму Ландау-Гінзбурга-Девоншира, показали, що загальною
особливістю є поява просторово модульованих фаз у фероїках та рідких
кристалах, які виникають при збільшенні відповідних коефіцієнтів
флексоелектричного ефекту.
7) Проведені аналітичні та чисельні розрахунки показують, що динамічний
електромеханічний відгук плівки напівпровідника із мішаною іонноелектронною провідністю обумовлений локальними змінами концентрації
рухомих заряджених дефектів (іонів або вакансій); концентрації вільних
електронів (дірок) через електрон-фононний деформаційний потенціал, та
флексоелектричним зв'язком. Оцінки, проведені для корельованих оксидів,
показують, що величина всіх трьох внесків є співмірною.
8) Одержані теоретичні результати дозволяють зробити висновок, що
експериментальне дослідження флексоефекту та пов'язаних з ним явищ у
нанорозмірних і об'ємних фероїках, і рідких кристалах є важливими для їх
застосування в сучасній наноелектроніці, пристроях пам'яті та РК-дисплеях.