多层结构铁电系统的物理性质研究

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该文在横场伊辛模型、朗道相变理论以及静电场等理论的框架内,对铁电薄膜、铁电双层膜、铁电三明治结构以及含有杂质层的铁电多层膜和含有偶极缺陷的二维偶极点阵系统等多层铁电系统的相变、热电、介电、电滞行为等物理性质进行了深入研究.主要内容如下:(1)采用超越平均场理论计算了长程相互作用对铁电薄膜的物理性质的影响,发现长程相互作用的增强将使铁电薄膜的居里温度升高、临界横场增大、临界尺寸下降.(2)我们首次在长程相互作用的框架内,考察了界面对双层膜的热电、介电等物理性质的影响,且量子效应的增强会导致铁电双层薄膜的热电系数和介电极化率的某些峰的消失.我们对多态电滞回线的产生和消失作了更详细的研究,发现量子效应对多态电滞回线有重要影响,量子效应的增强会导致多态电滞回线的消失.(3)我们应用静电场理论,推广了铁电双层膜的热电理论,给出了铁电三明治结构的有效热电系数,发现在界面层的热电系数与上下两层的热电系数差异较大,且界面层的介电常数较小的情况下,三明治这种复合结构材料的有效热电系数比单一组份材料的热电系数可以提高一到两个数量级.这在理论上对热电器件的设计有一定的指导意义.(4)我们首次研究了无极化杂质层对铁电多层膜极化和介电极化率的作用.杂质层的增厚会导致多层膜的极化和介电极化率的降低.(5)对具有偶极缺陷的铁电系统的电滞行为的研究,我们不仅考虑了偏离平衡位置,取向可以随外场的改变和热扰动而重新取向的偶极缺陷,还同时考虑了偶极极化取向固定的偶极缺陷,在两维偶极子的点阵模型中,引入了上述两种类型的偶极缺陷,利用Monte-Carlo方法,研究了偶极缺陷对铁电系统的switching行为的影响.
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