一、BaTiO_3晶体的各向异性散射(论文文献综述)
王艺霖[1](2020)在《铅(钡)基钙钛矿铁电及多铁性薄膜的制备与结构》文中研究说明铁电薄膜由于具有优良的介电性、压电性、铁电性,在存储器、传感器、微机械系统等电子器件中有广阔的应用前景。钛酸铅和钛酸钡都是典型的钙钛矿型铁电材料,而且通过磁性元素的替代,或者同其他磁性材料进行复合,可以得到性能良好的多铁性薄膜,从而更加拓宽了其发展方向。本文以钛酸铅和钛酸钡为基体,通过元素替代、应力调控等手段,得到了性能优异的铁电和多铁性薄膜,研究了化学替代和应力调控对钛酸铅基和钛酸钡基铁电及多铁性薄膜的晶体结构、电子结构、铁电性、铁磁性以及磁电耦合等之间的关联。通过化学替代的方法制备了钛酸铅基的多铁性薄膜。采用溶胶凝胶法制备了 10%固溶度的(1-x)PbTiO3-xSmFeO3体系,得到了铁电性优异、并具有明显磁性的多铁性薄膜。通过同步辐射XAS和XPS可以观察到Fe大部分以Fe3+形式存在,而且氧空位含量低,使得薄膜的漏电流小,表现出优异的铁电性。并且通过氧化物底电极LaNiO3来改善了薄膜的疲劳失效。通过结合变温的压电力显微镜和变温的电滞回线、变温XRD等,研究了0.9PbTiO3-0.1NdFeO3薄膜中的缺陷偶极子在不同温度下的变化。通过变温电滞回线证明了在150℃时,缺陷偶极子的热运动速率可以和自发极化的翻转速率相匹配,导致薄膜漏电流升高。变温XRD和Raman证明了在该温度区间缺陷偶极子对薄膜取向与晶格振动并没有产生影响,说明缺陷偶极子的重取向并不具有长程有序性。通过PFM观察到了0.9PbTiO3-0.1NdFe03薄膜中的缺陷偶极子在150℃会产生从面内到面外的重取向,进而使自发极化发生取向变化。该结果为实现无外电场下的自发极化翻转提供了新思路。通过相界面应力的引入,制备了大极化值的BaTiO3复合外延薄膜,剩余极化值(100 μC/cm2)大为增加,居里温度也从块体的130℃提升到了大于1000℃。并通过扫描透射电镜观察到了匹配的BaTiO3和BaO单胞,证明了“相界面”的存在。并且观察到了在界面处BaTiO3中Ti离子位移增大的现象,为自发极化的增强提供了有力解释。并通过X射线吸收谱佐证了 Ti离子位移增强、Ti-O杂化的保持对自发极化的贡献。借助相界面应力,制备了 BaTiO3:CoFe2O4复合多铁性薄膜。通过X射线衍射和RSM观察到了相界面应力作用下完全匹配的面外单胞参数,而面内方向的相界面应力较小,应力弛豫比较明显。匹配的面外单胞参数改善了以前单胞参数不完全匹配导致的较弱的磁电耦合性能,通过MFM观察到了明显的逆磁电耦合效应。同时,相界面应力的引入导致了 CoFe2O4中Co和Fe占位的改变,从而改变了磁结构,将相界面应力的应用扩展到磁性、多铁性材料中。
刘晨晗[2](2019)在《纳尺度材料中能量输运及其调控的物理机制研究》文中认为随着集成电路三极管密度的不断提升和微机电系统尺寸的不断减小,热耗散问题变得越来越突出。尤其是当目前芯片的三极管尺寸降低到7纳米时,热耗散能力成为限制芯片性能最重要的因素,因为此时芯片产生的功率密度在100 W/cm2以上,若不能及时传递出来温度会很高从而影响其寿命和稳定性。现代半导体工业是基于硅材料,室温下体态晶体硅的热导率能达到150 W/m-K,其中有70%多的贡献来自于平均自由程超过100纳米的声子。然而芯片中三极管的尺寸普遍小于100纳米,因为材料的热输运属性在体态和在纳米尺寸时存在很大差异,故而研究纳尺度材料中的热输运属性变得很有意义。材料尺寸的降低除了改变材料内部的热输运属性外,也使得界面处的热输运属性变得尤为重要,这是因为尺寸的减小会导致面体积比的增大。本文通过格林函数方法研究了热载流子声子在界面处的输运属性;利用分子动力学模拟和第一性原理计算等方法研究了能量在各向异性低维材料中的输运属性。研究能量输运属性的目的是为了控制能量的输运,本文利用第一性原理方法研究了基于铁电材料固固相变的热开关,开关的通和闭通过电场引起的结构相变控制。对于能量的应用除了调控其输运属性外,本文还研究了在外加电场作用下基于铁电材料的电制冷过程,并深入分析了电制冷过程中的熵变信息。对于能量在界面处的输运属性,本文利用原子格林函数方法研究了压强、接触形式和接触面积对声子透射率和界面热阻的影响。关于压强对界面热输运的影响,本文研究的对象是多层石墨烯。计算结果表明法向10 GPa的压强能够大幅增加声子的透射率和降低4倍的层间界面热阻。与法向压强相比,面内压强对层间热阻的影响可以忽略不计。关于接触形式对界面热输运的影响,本文研究的对象是平行接触碳管。计算结果表明随着管间重叠长度的增加,偏置平行接触碳管的管间热阻线性降低,原因是有更多的原子参加到界面热传导。在同样重叠长度时,嵌套平行接触碳管的界面热阻比偏置平行接触的要低。通过分析声子透射率的频谱发现径向呼吸模式是管间热传递主要的模式。比较不同手性碳管、不同接触形式碳管的界面热输运情况发现,降低管间界面热阻有两种方法一是使用同一手性的碳管二是设计能够使更多原子参与到界面热输运的接触形式。关于接触面积对界面热输运的影响,本文研究的对象是由多层石墨烯构成的范德华界面。计算结果表明当接触尺寸从几个原子增加到几平方纳米时,单位面积的界面热导不是一个常数而是随着接触面积的增加而增加,原因是单位面积的声子透射率增加。通过计算界面处耦合的平均原子对数发现,单位面积界面热导增加的原因是界面处每个原子能够进行热传输的通道数目增加了。除了能量在界面处的输运属性外,本文还利用分子动力学模拟和第一性原理计算等方法研究了能量在各向异性低维材料中的输运属性。对于二维范德华层状材料多层石墨烯或者石墨,模拟结果表明瞬态热输运由相关方向上的弹性常数决定而稳态热输运由弹性常数和声子散射共同决定。在瞬态热输运中,温度分布是偏平的椭圆形;在稳态热输运中,基面内的声子模式控制着除法向之外其他方向上的热输运过程。对于准一维范德华纳米线Ta2Pd3Se8,实验结果表明室温下纳米线有13μm长的弹道热输运,等能面的第一性原理计算表明如此长距离的弹道热输运是由纵向声子的高度聚焦引起的。第一性原理的计算结果预测随着纳米线根数的增加,热导率先降低后上升,而且单根纳米线的热导率比体态值要高,这些预测与最近的实验结果相符合。了解了能量的输运属性之后,本文利用第一性原理研究了如何控制能量的输运。本文首次提出了基于铁电材料钛酸钡order-disorder相变的热开关,原理是在外部电场作用下材料中随机分布的极化(类似于无定型材料)会对齐成沿同一个方向分布的极化(类似于晶体型材料)。计算结果表明有序结构相较于无序结构而言,热导率提高了3.9倍,原因是结构更简单声子散射更小。电场能够使得无序结构转换成有序结构,继续增加电场,有序结构的热导率能够最多增加2.4倍,原因是结构的非谐性降低。考虑以上两个因素,钛酸钡的热导率在外部电场作用下由于结构变化最多有9.4倍的变化。研究结果还表明有两个因素可以提高基于铁电材料热开关的开关比:电场作用下结构应该是单铁畴的;相变类型应该是order-disorder的。除了对能量输运快慢的研究之外,本文还研究了能量输运方向的调控,主要聚焦在电制冷方面。本文利用第一性原理方法计算了等温过程中钛酸铅和锆钛酸铅在电场作用下的振动熵变及其引起的绝热温变。对于钛酸铅,计算发现,依赖于电场施加的方向,熵变既有正值也有负值。在Ericsson循环中结合正和负的电制冷效应,室温1000 kV/cm作用下冷却能量密度可提高3.2倍。对于50/50组分的锆钛酸铅,沿着[001]、[011]和[111]方向分别施加电场,计算发现[001]方向有最大的电制冷系数。对于钛酸铅和锆钛酸铅,振动熵变及其引起的绝热温变与报道的实验值和模拟值相当,表明电场作用下结构响应引起的电制冷效应是总电制冷效应中很重要的一部分。最后本文利用3ω方法测量了钛酸锶和钪酸镝的热导率,分别为9.5 W/m-K和2.5W/m-K,与实验报道值接近。另外还进行了热导率测量过程中的灵敏度和误差分析。
吴杰[3](2019)在《PbTiO3基三元弛豫铁电陶瓷的晶向织构和电学性能研究》文中进行了进一步梳理铁电材料作为一种重要的多功能材料,被广泛应用于现代社会的多个领域。近年来,以铌铟酸铅-铌镁酸铅-钛酸铅(PIN-PMN-PT)和铌镱酸铅-铌镁酸铅-钛酸铅(PYN-PMN-PT)等为代表的三元系铅基弛豫铁电固溶体以高的居里温度、大的矫顽场吸引了材料研究者的广泛关注。目前,合成大尺寸、高性能兼顾高稳定性的压电材料是压电研究领域亟待解决的一个难题。陶瓷织构技术是解决目前压电材料发展困境的一种有效手段。通过在多晶陶瓷中形成晶粒的择优取向生长,可望获得大幅提升的电学性能。本论文中分别以三方相的PIN-PMN-PT和PYN-PMN-PT三元弛豫铁电固溶体为基体材料,采用模板晶粒生长法(TGG)制备[001]取向的织构陶瓷,并结合离子掺杂改性技术,改善PbTiO3(PT)基三元弛豫铁电织构陶瓷的烧结行为和电学性能,研究陶瓷织构化及离子掺杂对陶瓷的相结构、微观形貌及介电、压电、铁电和机电等性能的影响规律,并在此基础上探讨织构陶瓷中高压电性的起源,以解决目前高性能压电材料研制存在的问题。采用局部微晶转化法合成具有高径厚比的钙钛矿型SrTiO3和BaTiO3片状微晶,SrTiO3微晶径向尺寸为11-16μm,厚度为1.0-1.5μm;BaTiO3微晶径向尺寸为5-10μm,厚度为0.5-1.0μm。以SrTiO3微晶为例,采用差热分析、X-射线衍射、扫描电子显微镜、透射电子显微镜等分析手段,对片状Bi4Ti3O12微晶与SrCO3反应生成SrTiO3微晶的局部微晶转化过程的相转变和微观形貌演化历程进行了系统地研究,阐明了局部微晶转化过程的演变机制。研究发现,Aurivillius结构的Bi4Ti3O12与SrCO3直接反应生成钙钛矿结构的SrTiO3,反应过程中没有出现任何稳定的中间第二相,晶格取向保持不变,并且反应产物SrTiO3继承了前驱体的形貌各向异性。整个局部微晶转化过程分三个步骤完成:结构转化-微晶剥离,重结晶和晶粒熟化-形貌重塑。研究模板籽晶的种类、含量对TGG法制备PIN-PMN-PT织构陶瓷过程中取向度、相结构和微观形貌的演化,制备了高度[001]择优取向的PIN-PMN-PT织构陶瓷,并系统地研究了陶瓷织构化对PIN-PMN-PT陶瓷的介电、铁电、压电和机电等电学性能的影响规律。研究表明,SrTiO3微晶与基体发生固溶而裂解失去稳定性;BaTiO3微晶则成功地引导PIN-PMN-PT基体择优取向生长,进而合成了织构度F001高达93%的PIN-PMN-PT织构陶瓷。PIN-PMN-PT织构陶瓷具有远高于PMN-PT等二元系材料的相转变温度,其中TRT120℃,Tc203℃。同时,由于[001]择优取向和沿[001]极化形成的“4R”工程畴结构,织构陶瓷的电学性能相比于普通陶瓷得到大幅提高,相对介电常数εr为2531、准静态压电常数d33达824 pC/N、径向机电耦合系数kp达0.81、矫顽场Ec为8.2 kV/cm、高场压电系数d*33高达1555 pC/N。其中,织构陶瓷的压电系数达到了普通陶瓷的2倍,机电耦合系数也呈现明显增大。以BaTiO3片状微晶为模板籽晶,结合TGG法成功合成了F001>95%的PYN-PMN-PT织构陶瓷,系统地研究了PYN-PMN-PT陶瓷织构过程中的相结构变化、微观形貌演变及择优取向演化等过程,阐明了PYN-PMN-PY织构陶瓷的织构机理,并深入讨论了陶瓷织构化、异质模板等对PYN-PMN-PT织构陶瓷的介电、铁电、压电和机电等电学性能以及电学性能的热稳定性、抗疲劳特性等的影响规律,在此基础上阐明了PYN-PMN-PT织构陶瓷电学性能优化的物理机制。研究发现,在保证高织构度前提下,模板含量的降低有利于织构陶瓷的压电和机电性能的提高。其中,3 vol%模板含量织构陶瓷的相对介电常数εr为1973、矫顽场Ec为8.7 kV/cm,压电常数d33高达772 pC/N、径向机电耦合系数kp达到0.82,50 kV/cm电场下的应变S高达0.38%,应变迟滞Hs低至4.5%。BaTiO3模板的引入几乎没有影响PYN-PMN-PT织构陶瓷的高居里温度,Tc仍保持200℃。异质模板的存在和基体晶格的错置导致陶瓷四方相含量的增多,弱化了铁电三方-四方相变,使织构陶瓷的温度稳定性得到改善,在室温至140℃范围内高电场压电响应保持稳定。此外,由于织构陶瓷沿[001]方向的高度择优取向,使得织构陶瓷的抗疲劳特性较普通陶瓷大幅优化,1×105次交流电场循环后织构陶瓷的极化强度和应变响应保持稳定。研究了掺杂改性对织构陶瓷的织构演化和电学性能的影响规律,并对织构陶瓷高压电性的起源进行了探讨。研究发现,Zn和Mn掺杂虽然会抑制PYN-PMN-PT陶瓷的[001]择优取向生长,但氧空位的存在对电畴翻转的钉扎效应导致样品电性能的“硬化”,具体表现为Zn和Mn掺杂陶瓷矫顽场Ec分别提高为10.3 kV/cm和12.6 kV/cm,介电损耗tanδ分别降至0.81%和0.58%,机械品质因数Qm分别提高为110和133。Cu掺杂低温下形成的液相,促进了PYN-PMN-PT陶瓷的择优取向生长和致密化演变,975℃低温烧结即可制备F001高达99.3%的PYN-PMN-PT织构陶瓷。织构温度较未掺杂织构陶瓷降低了225℃,织构度也得到明显提高。尤其是,低温烧结PYN-PMN-PT织构陶瓷的d33高达1087 pC/N,kp高达0.94。Cu掺杂PYN-PMN-PT织构陶瓷的高压电性主要来源于材料压电本征特性的贡献。[001]取向的增强、两相共存态、介电常数增大以及局域极化无序态等因素的共同作用,促进了织构陶瓷压电性能的飞跃。本研究可为新一代高性能弛豫铁电织构材料的设计、制备技术和性能调控奠定实验及理论基础,也为新一代高温压电器件提供可靠的高性能材料,具有重要的科学意义和工程应用价值。
裴宇娟[4](2020)在《ABO3钙钛矿中氧空位诱导的磁性与电输运性质研究》文中进行了进一步梳理由于存在晶格、电荷、轨道、自旋等多自由度相互作用,过渡金属氧化物具有丰富的物理性质。氧缺陷工程是研究过渡金属氧化物中新奇物性的重要研究方法之一。其中,氧缺陷包括了氧空位和氧掺杂,本文聚焦钙钛矿结构中氧空位诱导的磁性和电输运性质研究。以掺铁钛酸锶(Fe-SrTiO3-δ)、钛酸钡(BaTiO3-δ)和掺锶镍酸钕(Sr-NdNiO3-δ)等三种典型钙钛矿氧化物材料为研究对象,重点探讨了氧空位对磁学性能和电输运性能的影响。主要内容如下:1、通过超高真空退火的方法制备了Fe-SrTiO3-δ样品,氧空位引起0.05%的晶体晶格膨胀以及高导电性,载流子的类型为电子,载流子浓度为1.084×1019/cm3,迁移率最高达到8493 cm2/V·s。氧空位增强Fe-SrTiO3铁磁性,2 K下矫顽场达到7700 Oe。在18 K温度下Fe-SrTiO3-δ出现了一种新的磁相变,其起源于氧空位和金属阳离子的共同作用,在晶体内部形成了Fe3+-O2--Ti3+和Ti3+-O2-两种磁相。2、通过超高真空退火和氢气高温退火的方法制备了BaTiO3-δ,实现了多铁性半导体。氧空位的引入使BaTiO3-δ表现出铁磁性,氢气退火制备的BaTiO3-δ,在2 K下矫顽场为400 Oe,且具有明显的室温铁磁性。退火的BaTiO3-δ属于半导体。退火后,BaTiO3-δ的铁电性下降,SHG信号强度下降了59%。3、利用离轴磁控溅射法在不同温度和氧气压的条件下生长了Sr-NdNiO3薄膜。温度550℃、氧气压0.02 Torr为薄膜的最佳生长方式,5 h生长的薄膜厚度约为20 nm,金属-绝缘相变出现在75 K。氢化钙还原处理的Sr-NdNiO3薄膜XRD衍射峰消失,薄膜变成绝缘体。
赵旭梅[5](2019)在《KNN基铁电陶瓷透明性和电性能协同调控机理研究》文中指出透明压铁电陶瓷具有良好的压、铁电性能,还表现出高的透明性和优异的电光效应,在光存储、光调制器、电控光阀、图像处理等光电领域具有潜在的应用价值,是未来计算机技术、光通讯技术和国防军事应用开发中的关键材料。无铅KNN基压电陶瓷具有超高的压电性能,是最有希望的候选材料之一,而提高其透过率是目前需解决的主要问题。研究表明,当陶瓷晶粒尺寸减小到亚微米、纳米级时,陶瓷的透过率明显提高,但其压电性能显着降低,甚至丧失。因此,KNN基透明铁电陶瓷透过率与压电性能这一矛盾是制约其发展的关键瓶颈。针对上述问题,本论文主要通过化学组分设计制备了 KNN基透明陶瓷,研究了气孔散射和晶界处双折射等对透过率的影响,揭示了其透明机理。在此基础上,通过微观结构(如晶粒尺寸、气孔)和相结构的设计,协同调控透过率和压电性能,为实现KNN基透明铁电陶瓷的多功能化提供新思路。全文主要结论如下:(1)基于实验和第一性原理计算相结合,系统研究了纯KNN陶瓷相结构特性及Bi离子掺杂对其透过率的调控作用。实验表明,室温下纯KNN陶瓷为正交相,与计算结果一致。理论计算结果表明,三方(四方)相的总能量与正交相的非常接近,意味着其正交相容易向三方(四方)相转变。理论计算发现,Bi离子替代Nb离子使得KNN的带隙间出现杂质能级,有利于电子跃迁,阐明了实验中禁带宽度Eg减小的原因。KNN-xBi陶瓷形成了亚微米级的晶粒(<120 nm),有利于提高其透明性。当x=0.08时,其透过率最大,在780 nm波长处为~68%。然而,KNN-xBi陶瓷表现出差的介电性能,最大介电常数低于1000。(2)研究了稀土(Sm3+和Eu3+)掺杂对KNN陶瓷微观结构及其透过率的影响,基于气孔等效散射模型以及Rayleigh散射理论,揭示了陶瓷透过率与气孔的关联性。研究表明,所有陶瓷均形成了亚微米的晶粒、纳米级的气孔。适量Sm3+和Eu3+掺杂使得KNN-0.03Bi的透过率明显提高。以KNNB-xSm透明陶瓷为研究对象,计算了其气孔尺寸、气孔体积分数。基于Rayleigh散射理论,得到其透过率关系式,计算与实验测结果吻合的很好。此外,随气孔尺寸或气孔体积分数的增加透过率发生不同程度的减小,在短波段尤为明显。然而,当气孔尺寸很小(<10 nm)或气孔体积分数(<0.01%)很低时,它们对透过率的影响几乎可以忽略不计。稀土 Sm3+和Eu3+掺杂均使得KNN-0.03Bi陶瓷的介电、铁电性能提高,尤其是Eu3+掺杂。(3)通过化学组分设计,研究了透明陶瓷的相结构、微观结构对透过率和电学性能的影响。各向同性KNN-0.16SAT陶瓷的透过率最高,如在2000nm波长处其透过率接近70%,但电学性能几乎丧失。并对其透明机制进行阐述。为了获得具有优异压铁电性的KNN基透明陶瓷,通过低浓度的SAN(x≤ 0.08)引入到KNN中制备了各向异性的KNN-xSAN陶瓷。结果表明,随着SAN含量的增加,晶粒逐渐减小;当x≥ 0.04时,形成了亚微米晶KNN基陶瓷,使得其透过率提高(55%,780nm)。当SAN含量较高(x≥0.06)时,晶粒尺寸减小到200nm以下,使得其Pr和d33值显着减小。(4)提出了通过微观结构(气孔、晶粒尺寸)和相结构设计获得KNN基透明压电陶瓷的新思路,实现透过率和电学性能的协同调控。以KNN-xSIN陶瓷(0.02≤x≤0.07)为例,室温下陶瓷为各向异性,且具有亚微米级的晶粒。然而,由于内部存在杂质相和微量气孔,使得其综合性能相对较差。采用较小半径的Sc3+离子取代In3+离子,制备了纯钙钛矿相的KNN-xSSN陶瓷。随着SSN含量的增加,相结构从正交相向伪立方相转变,晶粒尺寸逐渐减小,透过率逐渐增加,压、铁电性能逐渐降低。在x=0.05时,该陶瓷同时具有高的透过率(~73%,780nm)和较佳的压电性能(d33=101 pC/N),主要由于其具有适中的晶粒尺寸(~0.34μm)、各向异性的正交相及高致密性。
徐珲[6](2020)在《Sr2IrO4单晶薄膜的物性研究和原型器件制备》文中研究指明Sr2IrO4是近年来非常热门的一类新型量子功能材料,引起了科研人员的极大兴趣。由于具有强自旋轨道耦合作用,Sr2IrO4被预言具有一系列新颖的物理性质,如超导、半金属和量子反常霍尔等。但迄今为止,大部分理论预言只得到非常有限的实验验证。本文的研究工作主要围绕Sr2IrO4薄膜的高质量生长、Sr2IrO4超晶格的物理性质和Sr2IrO4原型器件三个部分来叙述。第一部分是生长高质量Sr2IrO4单晶外延薄膜:系统地研究了脉冲激光沉积技术生长该薄膜所需要的最优生长温度、氧气分压和衬底种类等。第二部分是获得高质量薄膜的基础上,制备Sr2IrO4超晶格并研究其可能存在的奇异物性。第三部分是在研究物性的基础上,尝试制备Sr2IrO4原型器件并探索其潜在的应用前景,包括:模拟人脑神经突触和反铁磁自旋电子学相关应用。第一章对本文的研究背景进行了综述,包括:(1)Sr2IrO4的基础物理性质,包括强自旋轨道耦合作用、Sr2IrO4的晶体结构、Sr2IrO4的电学性质和磁学性质部分;(2)Sr2IrO4薄膜材料的生长、应力调控和铱酸盐超晶格的研究现状、重要性和难点;(3)Sr2IrO4新型功能器件研究,包括类神经突触器件和反铁磁自旋电子学器件;(5)简要介绍博士期间的四个主要研究工作。第二章主要介绍了 Sr2IrO4单晶薄膜的制备技术和表征手段的原理、使用条件和测试方法等:1、配备反射式高能电子衍射仪的脉冲激光沉积设备;2、薄膜晶体结构和表面形貌的表征方法,如X射线衍射仪、原子力显微镜等;3、薄膜物理性质测量仪器和方法,如应用物性综合测量系统测量薄膜电阻、载流子类型等;4、测量薄膜电子结构和微观磁结构的先进同步辐射测试技术,如X射线光电子能谱、X射线吸收谱和中子反射技术等。第三章中,我们使用配备了辅助反射高能电子衍射仪的脉冲激光沉积系统生长了大量的薄膜。用高分辨X射线衍射、X射线反射技术和原子力显微镜来表征薄膜的晶体结构、厚度和表面形貌。测试结果表明我们确实生长出了高质量Sr2IrO4薄膜,并且导电能衬底能有效降低Sr2IrO4单晶薄膜的生长温度。这一章对高质量的铱酸盐单晶薄膜生长具有重要的借鉴意义,也为进一步研究Sr2IrO4薄膜新颖的量子效应打下了坚实的基础。第四章中,我们介绍了人工突触器件对于开发高可靠性、高智能的神经形态信息器件和存储器件的重要意义。原型器件这章要分为两个部分:第一部分我们利用Sr2IrO4和大带隙的铁电体钛酸钡,开发出了一种外延异质结构。该原型器件具有短期可塑性、长期可塑性和脉冲时序相关可塑性等多种突触功能,表明Sr2IrO4双层膜是一种新型、可靠和高性能的模拟人脑神经系统的人工突触原型器件。第二部分是我们制备了(Sr2IrO4)4/(La2/Sr1/3MnO3)5超晶格反铁磁电子学原型器件。与单一薄膜或异质结相比,该器件具有明显增强的各向异性磁电阻和非易失性记忆效应,将有利于Sr2IrO4薄膜在反铁磁自旋电子学领域的应用。第五章是Sr2IrO4超晶格的物理特性研究。我们采用脉冲激光沉积法制备了一系列Sr2IrO4和Sr3Ru2O7超晶格。电输运和磁性测量的结果表明超晶格的载流子类型和磁电阻等随着温度或超晶格周期N改变,并且我们发现该超晶格具有奇异的低温反常电荷区域。第六章是博士在读期间的实验工作总结、创新点总结以及关于Sr2IrO4薄膜未来工作的展望。
刘辉[7](2020)在《基于原位高能X射线的铅基钙钛矿铁电压电机理研究》文中研究指明铅基钙钛矿铁电材料因其优异的压电、铁电、介电性能广泛的应用于机电器件;铅基钙钛矿反铁电材料因其大的电致应变,在换能器等方面具有重要的应用前景。铅基钙钛矿铁电材料准同型相界处极其优异的压电性能及反铁电材料的大电致应变起源一直是研究热点。本论文以铅基钙钛矿铁电、反铁电陶瓷为研究对象,基于原位高能同步辐射X射线衍射及全散射方法分析电场作用下相结构、晶格、电畴的响应及三者的耦合关系。结合宏观电学性能分析,探讨三者与宏观压电响应、电致应变的关联,阐述优异压电性及大电致应变的起源。首先,本论文研究了单斜相在电场作用下的行为,揭示了单斜极化旋转与压电性能的关联。在Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-PbTi03中发现了电场诱导的单一单斜相,其单胞参数随电场作用呈现蝴蝶形,极化矢量在MA与MB之间可逆连续旋转,给出了单斜相中晶格应变与极化旋转强耦合作用的晶体结构证据。随后,通过研究不同体系中单斜相在弱电场作用下的行为及其宏观压电性能发现:压电响应与极化旋转高度相关,电场驱动敏感的极化旋转对应着高的压电性能:单斜相的压电响应来源于大的晶格应变,而不是铁电畴翻转。揭示了 MPB相共存体系可逆相转变的压电增强作用。在多个铅基钙钛矿MPB相共存体系发现了电场作用下可逆相转变,并且其压电性能与相转变是紧密关联的,电场驱动大的相含量变化对应着高的压电性能,相转变增进了电极化随电场的翻转。对PbTiO3-Bi(Ni1/2Hf1/2)O3四方相和MPB组分对比研究发现,电场诱导的可逆相变转使得MPB组分拥有灵活的相结构,同时也增强了铁电畴翻转和晶格应变。研究了相结构与铁电畴翻转的关联作用。在Pb(Zr0.54Ti0.47)O3研究发现,其长程平均结构为三方相,铁电畴定向度可达到饱和状态,在退电场过程中几乎无铁电畴翻转。但其短程局域结构为单斜相,电场驱动局域单斜极化旋转是这种异常的铁电畴翻转的起因。在MPB相共存PbTiO3-BiScO3研究发现,电场作用下表现出强取向分布的增强铁电畴翻转和涌现的相转变,二者具有非常强的协同交互作用;相场模拟说明这种协同作用促进了电极化定向,进而增强了压电性能。研究了 PbZrO3基钙钛矿反铁电陶瓷在电场作用下的长程、局域结构的演变。原位衍射研究表明反铁相和中间铁电相都表现为小的场致晶格应变和电畴翻转;反铁电铁电相转变过程大的电致应变起源于相变过程中大的晶格应变及中间相铁电相形成的强铁电畴织构。随后对不同组分的反铁电陶瓷研究表明其电场作用下的遍历行为取决于短程局域结构,而不是长程平均结构;基于衍射图谱计算的电致应变与宏观电致应变相近,但是通过对分布函数得到的局域电致应变偏小。基于电场作用下的短程、长程结构,电畴及晶格演变规律,及其的耦合交互作用的认识,构建的微观结构演变与宏观性能的关系,对今后铅基、无铅钙钛矿铁电反铁电材料性能的精准调控及新型高性能材料开发,设计提供一定的理论依据。
赵彤,曾令祉,蒋毅坚[8](1997)在《Ce:BaTiO3晶体中的各向异性圆锥型散射的初步研究》文中研究指明在掺Ce浓度为10×10-6的Ce:BaTiO3晶体中同时观察到了两种在e光入射下的各向异性圆锥型散射,其中一种是很少见报道的分成4瓣的散射光锥.假设其中一种光锥的进一步散射产生了另一种光锥,分别用光折变三波耦合理论以及光生伏特效应理论进行了解释.两种散射光锥的张角的理论计算值与实验测量值符合得非常好,证明了用这两种理论进行解释的正确性同时也证明这两种散射可同时存在于一种晶体之中,而且它们之间还可能存在着一定的联系
李超[9](2019)在《温度对不同晶体取向BaTiO3薄膜电学性能影响的实验和理论研究》文中研究表明铁电薄膜材料由于具有压电、热释电、光电、声光、非线性光学效应及高介电系数等一系列优良特性,使它在多个领域具备潜在的应用前景,受到了非常广泛的关注。近年来,已有众多研究表明可以通过改变各种各样的参数对薄膜性能进行调控,其中薄膜的晶体取向就是影响其性能的一个关键因素。此外,研究材料在外场作用下的纳尺度电畴行为是分析其宏观铁电、压电性能的基本途径之一,同时也能够为理解铁电材料的存储特性提供参考。因此,本文选取不同晶体取向的BaTiO3(BTO)铁电薄膜作为研究对象,首先利用压电力显微镜(PFM)表征了不同晶体取向BTO薄膜的畴结构及压电性能,并系统的研究了不同晶体取向BTO薄膜在温度场下的畴态演变过程和压电响应变化规律。其次通过非线性热力学理论推导出(111)取向铁电薄膜的单晶多畴模型,采用实验与理论相结合的方式,研究了BTO(111)铁电薄膜在温度场下的畴态演变过程。最后分析了不同晶体取向BTO薄膜的介电、压电性能与温度的变化关系。本论文的主要内容如下:1.采用溶胶凝胶法,分别在(001)、(110)、(111)三种取向的Nb:SrTiO3(N:STO)单晶衬底上制备出了BTO薄膜。通过X射线衍射(XRD)、X射线Φ扫描及拉曼光谱等手段研究了薄膜的微观结构。结果表明,三种BTO薄膜不仅在面外延续N:STO衬底的晶体取向有序生长,面内各晶面也呈有序排列。2.利用PFM研究了不同取向BTO薄膜在纳米尺度下的面外、面内畴结构,并分别测试了三种样品的压电特性。研究发现,薄膜的畴结构及性能存在明显的晶体取向依赖性,并通过自发极化方向与电场施加方向所形成的角度以及晶界和畴界数量对其性能的差异进行了合理的分析。3.利用PFM对不同晶体取向BTO薄膜在温度场下的畴态演变进行了系统的研究,并记录了其在不同温度场下的局部压电响应和铁电翻转行为。同时,通过非线性热力学理论模型与实验观测的畴态演变结果相结合,分析了BTO(111)薄膜温度场下畴态演变机制。4.利用不同晶体取向薄膜的非线性热力学模型研究了温度对单晶多畴铁电薄膜介电和压电性能的影响。通过数值计算得出不同晶体取向BTO薄膜介电和压电系数随温度变化的关系图,结果表明,在多数畴变温度处会产生性能的突变。
王梦溪[10](2021)在《自旋电子器件的应力调控研究》文中指出近年来,随着自旋电子学器件在信息领域的实际应用,自旋电子学器件的构筑和调控引起人们越来越广泛的关注。应力作为一种重要的调控手段,在自旋电子器件的电学、磁学等性能的调控方面发挥着重要的作用,因此,为自旋电子器件寻找有效且稳定的应力源成为人们研究的焦点。目前,人们已经实现的能够调控自旋电子器件的应力源主要包括:利用压电材料的压电性质产生的应力,利用形状记忆合金的相变过程产生的应力,利用柔性基底的可弯折性质提供的应力,以及利用不同晶格常数的基底外延生长薄膜产生的晶格应力。通过这些方法,研究者成功地实现了对自旋电子器件性质的调控,对自旋电子学的发展起到了重要的促进作用。尽管目前人们已经实现了部分自旋电子器件的应力调控,但是调控的幅度和可逆性等仍待进一步完善,许多新的物理现象有待发现,其中蕴藏的物理机制尚待澄清。因此,本论文以应力调控为核心,采用形状记忆合金、柔性基底、压电材料、外延晶格应力这四种应力源,对巨磁电阻、垂直磁各向异性、垂直交换偏置、以及自旋轨道矩等自旋电子器件中的重要物理效应进行应力调控研究,探索应力调控的物理本质。论文的主要创新性成果包括:(1)利用形状记忆合金在相变过程中产生的应力对自旋阀巨磁电阻效应的可逆调控。在形状记忆合金NiTi和NiTiNb上制备自旋阀(CoFe/Cu/CoFe/IrMn/Pt)结构,对样品施加循环变温处理,研究表明,利用形状记忆合金的单程和双程记忆效应,可以改变被钉扎层和自由层的磁各向异性,从而改变巨磁电阻信号,实现对自旋阀磁电阻信号的单程和可逆的调控,单程调控巨磁电阻改变幅度可以达到17%,双程调控巨磁电阻改变幅度可以达到15%。(2)柔性基底的弯折应力对多层膜结构垂直磁各向异性的调控。在柔性基底聚亚酰胺(Kapton)和聚对苯二甲酸乙二醇酯(Polyethylene terephthalate,PET)上生长了垂直磁各向异性多层膜(Ta/Pt/Co/Pt)结构和具有垂直交换偏置效应的(Ta/Pt/Co/IrMn/Pt)结构,通过弯折对柔性基底施加拉伸或压缩的机械应力,并将其传递给柔性基底上生长的多层膜结构,基于柔性基底良好的可弯折特性和多层膜良好的附着性能,实现了拉伸或压缩应力对多层膜结构垂直磁各向异性和垂直交换偏置效应的调控。(3)压电材料对磁性多层膜垂直交换偏置效应的应力调控。在压电基底Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-PbTiO3(PMN-PT)上制备具有垂直交换偏置效应的堆垛结构为Ta/Pt/Co/IrMn/Pt的霍尔巴器件。在PMN-PT上施加不同的面内电场,利用PMN-PT的逆压电效应产生拉应力或压应力,通过对不同应力状态下反常霍尔磁电阻的研究发现,应力对霍尔巴的垂直交换偏置场有可逆的调控作用,其调控幅度约为20%。此外,还进一步研究了垂直交换偏置效应对电流驱动磁化翻转过程的影响。(4)压电材料对自旋轨道转矩诱导的磁性多层膜磁化翻转过程的应力调控。在压电基底PMN-PT上制备具有良好垂直磁各向异性的结构为Ta/Pt/Co/Pt的霍尔巴器件。在PMN-PT上施加面内电场,利用PMN-PT的压电效应产生拉应力或压应力,实现对霍尔巴器件磁化翻转场、磁畴壁运动和电流驱动磁化翻转过程的可逆调控。通过控制输入端的电场强度,我们可以在输出端得到三种不同阻态的霍尔电阻(0.4 Ω,0.6 Ω和0.8 Ω),实现电控逻辑器件。(5)利用晶格应力对NiO反铁磁绝缘体薄膜奈尔矢量的应力调控。在不同晶格常数的基底上外延生长NiO反铁磁绝缘体薄膜,利用NiO与基底间不同的晶格失配产生的晶格应力,改变NiO奈尔矢量的空间取向。继而制备堆垛结构为基底/NiO/Pt/Co/Pt的霍尔巴器件,研究发现,不同的奈尔矢量取向将影响NiO/Pt界面处自旋流的自旋极化方向沿面外方向的分量,而垂直自旋极化的自旋流分量将促使多层膜实现零磁场下的电流诱导磁化翻转。当NiO层较薄时,MgO基底上的样品可以实现将近60%的零场翻转,而STO由于晶格失配只能实现20%的零场翻转。
二、BaTiO_3晶体的各向异性散射(论文开题报告)
(1)论文研究背景及目的
此处内容要求:
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景,再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题,并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例:
本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。
(2)本文研究方法
调查法:该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法:用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法:通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法:通过调查文献来获得资料,从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法:依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法:对研究对象进行“质”的方面的研究,这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法:通过具体的数字,使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法:运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法:这是社会科学用来分析社会现象的一种方法,从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法:通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
三、BaTiO_3晶体的各向异性散射(论文提纲范文)
(1)铅(钡)基钙钛矿铁电及多铁性薄膜的制备与结构(论文提纲范文)
致谢 |
摘要 |
Abstract |
1 引言 |
2 文献综述 |
2.1 铁电薄膜 |
2.1.1 铁电性 |
2.1.2 铁电体的电学性能 |
2.1.3 铁电体与铁电薄膜的种类和发展 |
2.1.4 钛酸铅(钡)的晶体结构与电子结构 |
2.1.5 铁电薄膜的性能调控 |
2.2 多铁性薄膜 |
2.2.1 单相多铁性材料 |
2.2.2 复合多铁性薄膜 |
2.3 薄膜制备技术 |
2.3.1 溶胶-凝胶法 |
2.3.2 磁控溅射法 |
2.3.3 激光脉冲沉积法 |
2.4 本课题研究内容及意义 |
3 薄膜的制备和表征手段 |
3.1 薄膜的制备 |
3.1.1 实验材料 |
3.1.2 制备工艺 |
3.2 薄膜的表征手段 |
3.2.1 晶体结构 |
3.2.2 价态及电子结构 |
3.2.3 电学性能 |
3.2.4 磁学性能 |
3.2.5 形貌与畴结构 |
3.2.6 其他表征方法 |
4 0.9PbTiO_3-0.1SmFeO_3多晶薄膜 |
4.1 引言 |
4.2 样品制备 |
4.3 样品分析 |
4.4 结果与讨论 |
4.4.1 晶体结构和形貌分析 |
4.4.2 铁电性及铁电畴的表征 |
4.4.3 价态和轨道杂化 |
4.4.4 磁性 |
4.4.5 疲劳失效的改善 |
4.5 小结 |
5 0.9PbTiO_3-0.1NdFeO_3薄膜中缺陷偶极子与自发极化的原位高温研究 |
5.1 引言 |
5.2 样品制备 |
5.3 样品分析 |
5.4 结果与讨论 |
5.4.1 常温晶体结构 |
5.4.2 变温介电与铁电测试 |
5.4.3 变温XRD与变温拉曼光谱测试 |
5.4.4 变温畴结构变化 |
5.5 小结 |
6 相界面应力调控的BaTiO_3外延复合薄膜 |
6.1 引言 |
6.2 样品制备 |
6.3 样品分析 |
6.4 结果与讨论 |
6.4.1 晶体结构 |
6.4.2 厚度及组分分析 |
6.4.3 铁电性及铁电相变 |
6.4.4 X射线吸收谱 |
6.4.5 扫描透射电子显微镜 |
6.5 小结 |
7 BaTiO_3:CoFe_2O_4复合多铁性薄膜 |
7.1 引言 |
7.2 样品制备 |
7.3 样品分析 |
7.4 结果与讨论 |
7.4.1 常温及变温晶体结构 |
7.4.2 铁电性及形貌、铁电畴测试 |
7.4.3 磁性与其各向异性分析 |
7.4.4 X射线吸收谱和X射线磁圆二色 |
7.4.5 MFM测试 |
7.5 小结 |
8 结论与展望 |
8.1 结论 |
8.2 创新点 |
8.3 展望 |
参考文献 |
作者简历及在学研究成果 |
学位论文数据集 |
(2)纳尺度材料中能量输运及其调控的物理机制研究(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
第一章 绪论 |
1.1 研究背景 |
1.2 研究意义 |
1.2.1 芯片的散热 |
1.2.2 热发电和电制冷 |
1.2.3 范德华材料热输运 |
1.3 研究进展 |
1.3.1 低维材料热输运 |
1.3.2 界面热阻 |
1.3.3 热输运的调控 |
1.4 研究内容 |
第二章 计算方法 |
2.1 玻尔兹曼输运方程 |
2.1.1 三声子散射 |
2.1.2 同位素散射 |
2.1.3 边界散射 |
2.2 原子格林函数 |
2.2.1 一维原子格林函数 |
2.2.2 三维原子格林函数 |
2.3 波包模拟技术 |
2.4 本章小结 |
第三章 能量在纳尺度界面处输运属性的研究 |
3.1 接触形式对界面热阻的影响 |
3.1.1 计算模型 |
3.1.2 结果和讨论 |
3.1.3 结论 |
3.2 压强对界面热阻的影响 |
3.2.1 计算模型 |
3.2.2 结果与讨论 |
3.2.3 结论 |
3.3 接触面积对界面热阻的影响 |
3.3.1 计算模型 |
3.3.2 结果与讨论 |
3.3.3 结论 |
3.4 本章小结 |
第四章 能量在低维各向异性材料中输运属性的研究 |
4.1 能量在二维范德华层状石墨中的输运 |
4.1.1 计算模型 |
4.1.2 结果和讨论 |
4.1.3 总结 |
4.2 能量在准一维范德华纳米线Ta_2Pd_3Se_8 中的输运 |
4.2.1 计算模型 |
4.2.2 结果和讨论 |
4.2.3 总结 |
4.3 本章小结 |
第五章 电场对材料导热能力的调控 |
5.1 研究背景 |
5.2 计算模型 |
5.3 结果和讨论 |
5.4 本章小结 |
第六章 基于铁电材料电制冷的研究 |
6.1 研究背景 |
6.2 计算模型 |
6.3 结果和讨论 |
6.3.1 钛酸铅的振动熵变和绝热温变 |
6.3.2 锆钛酸铅的振动熵变和绝热温变 |
6.3.3 Ericsson制冷循环 |
6.4 本章小结 |
第七章 铁电材料热导率的3ω测量 |
7.1 3ω测量原理 |
7.1.1 基底热导率斜率法 |
7.1.2 薄膜热导率斜率法 |
7.1.3 薄膜热导率微分法 |
7.1.4 薄膜热导率双金属线法 |
7.2 测量电路 |
7.2.1 V-to-Ⅰ转换电路 |
7.2.2 差分锁相电路 |
7.3 钛酸锶和钪酸镝热导率的测量 |
7.4 本章小结 |
第八章 总结与展望 |
8.1 本文主要研究结论 |
8.2 本文主要创新点 |
8.3 工作展望 |
致谢 |
参考文献 |
博士期间科研成果 |
(3)PbTiO3基三元弛豫铁电陶瓷的晶向织构和电学性能研究(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
第1章 绪论 |
1.1 课题背景及研究的目的和意义 |
1.2 PT基弛豫铁电材料简介 |
1.2.1 铁电材料简介 |
1.2.2 PT基弛豫铁电材料研究现状 |
1.3 PT基弛豫铁电陶瓷织构化研究现状 |
1.3.1 织构陶瓷简介 |
1.3.2 钙钛矿型片状微晶的研究现状 |
1.3.3 PT基弛豫铁电陶瓷的织构化研究 |
1.4 研究现状简析 |
1.5 本论文的主要研究内容 |
第2章 SrTiO_3和Ba TiO_3片状模板的局部微晶转化和转化机理研究 |
2.1 引言 |
2.2 SrTiO_3 片状模板的局部微晶转化及转化机理研究 |
2.2.1 SrTiO_3 片状模板的局部微晶转化研究 |
2.2.2 新型局部微晶转化过程中的相结构演变机理研究 |
2.2.3 新型局部微晶转化过程中的微观形貌演变研究 |
2.3 BaTiO_3 片状微晶的局部微晶转化研究 |
2.4 本章小结 |
第3章 PIN-PMN-PT织构陶瓷的取向生长和电学性能研究 |
3.1 引言 |
3.2 PIN-PMN-PT普通陶瓷的电学性能研究 |
3.2.1 PIN-PMN-PT普通陶瓷的制备研究 |
3.2.2 PIN-PMN-PT普通陶瓷的电学性能研究 |
3.3 PIN-PMN-PT织构陶瓷的取向生长研究 |
3.3.1 不同片状模板籽晶对PIN-PMN-PT织构陶瓷取向生长影响研究 |
3.3.2 PIN-PMN-PT织构陶瓷的模板籽晶取向生长研究 |
3.4 PIN-PMN-PT织构陶瓷的电学性能研究 |
3.5 本章小结 |
第4章 PYN-PMN-PT织构陶瓷的取向生长和电学性能研究 |
4.1 引言 |
4.2 PYN-PMN-PT织构陶瓷的取向生长研究 |
4.2.1 PYN-PMN-PT粉体的合成研究 |
4.2.2 PYN-PMN-PT织构陶瓷的取向生长研究 |
4.3 PYN-PMN-PT织构陶瓷的电学性能及稳定性研究 |
4.3.1 PYN-PMN-PT织构陶瓷的电学性能研究 |
4.3.2 PYN-PMN-PT织构陶瓷的电学性能稳定性研究 |
4.4 本章小结 |
第5章 掺杂改性对PYN-PMN-PT织构陶瓷取向生长和电学性能影响的研究 |
5.1 引言 |
5.2 Zn/Mn掺杂对PYN-PMN-PT陶瓷取向生长和电学性能的影响 |
5.2.1 Zn/Mn掺杂PYN-PMN-PT陶瓷的取向生长研究 |
5.2.2 Zn/Mn掺杂PYN-PMN-PT织构陶瓷的电学性能研究 |
5.3 Cu掺杂对PYN-PMN-PT陶瓷取向生长和电学性能的影响 |
5.3.1 Cu掺杂PYN-PMN-PT陶瓷的取向生长研究 |
5.3.2 Cu掺杂对PYN-PMN-PT织构陶瓷电学性能的影响 |
5.3.3 Cu掺杂PYN-PMN-PT织构陶瓷的高压电性起源探讨 |
5.4 本章小结 |
结论 |
参考文献 |
攻读博士学位期间发表的论文 |
致谢 |
个人简历 |
(4)ABO3钙钛矿中氧空位诱导的磁性与电输运性质研究(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
第1章 绪论 |
1.1 研究背景 |
1.2 钙钛矿氧化物与氧缺陷工程 |
1.2.1 钙钛矿氧化物简介 |
1.2.2 氧空位与氧掺杂的引入 |
1.3 氧缺陷与钙钛矿氧化物磁性、电输运和铁电性性质研究 |
1.3.1 氧缺陷对磁性的影响 |
1.3.2 氧缺陷对电输运性质的影响 |
1.3.3 氧缺陷对铁电性的影响 |
1.4 本文的主要研究内容 |
1.5 本文的研究意义与创新点 |
第2章 钙钛矿ABO_3样品的制备与测试 |
2.1 实验原料 |
2.2 样品制备 |
2.2.1 Fe-SrTiO_(3-δ)样品制备 |
2.2.2 BaTiO_(3-δ)样品制备 |
2.2.3 Sr-NdNiO_(3-δ)薄膜制备 |
2.3 实验设备 |
2.4 表征技术 |
2.4.1 X射线衍射技术(XRD) |
2.4.2 拉曼光谱(Raman) |
2.4.3 超导量子干涉仪(SQUID) |
2.4.4 综合物性测量系统(PPMS) |
2.4.5 光学二次谐波(SHG) |
2.4.6 X射线光电子能谱(XPS) |
第3章 氧空位对Fe-SrTiO_(3-δ)磁电性质的影响 |
3.1 Fe-SrTiO_(3-δ)研究背景与意义 |
3.2 Fe-SrTiO_(3-δ)的晶体结构 |
3.3 Fe-SrTiO_(3-δ)的价态表征 |
3.4 Fe-SrTiO_(3-δ)的磁学性能 |
3.5 Fe-SrTiO_(3-δ)的电输运表征 |
3.6 氧空位与磁相变模型 |
3.7 本章小结 |
第4章 氧空位对BaTiO_(3-δ)磁电性质的影响 |
4.1 BaTiO_(3-δ)的研究现状及意义 |
4.2 BaTiO_(3-δ)的晶体结构 |
4.3 BaTiO_(3-δ)的价态表征 |
4.4 BaTiO_(3-δ)的磁学性能 |
4.5 BaTiO_(3-δ)的铁电性能 |
4.6 BaTiO_(3-δ)的电输运性能 |
4.7 本章小结 |
第5章 Sr-NdNiO_(3-δ)中氧空位与电输运性能探究 |
5.1 Sr-NdNiO_(3-δ)研究背景与意义 |
5.2 Sr-NdNi O3 的靶材表征 |
5.3 Sr-NdNi O3 的结构 |
5.4 Sr-NdNi O3 的元素分析 |
5.5 Sr-NdNi O3 电输运表征 |
5.6 Sr-NdNiO_(3-δ)薄膜表征 |
5.7 本章小结 |
结论 |
参考文献 |
攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果 |
致谢 |
(5)KNN基铁电陶瓷透明性和电性能协同调控机理研究(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
第1章 绪论 |
1.1 研究背景 |
1.2 压电陶瓷 |
1.2.1 压铁电陶瓷概述 |
1.2.2 钙钛矿型无铅压电陶瓷的简介 |
1.2.3 KNN基压电陶瓷的研究进展 |
1.3 透明陶瓷 |
1.3.1 透明陶瓷的理论基础 |
1.3.2 影响陶瓷透明性的因素 |
1.3.3 透明陶瓷的分类 |
1.4 透明铁电陶瓷 |
1.4.1 透明铁电陶瓷的概述 |
1.4.2 Pb基透明铁电陶瓷的研究 |
1.4.3 KNN基透明铁电陶瓷的研究 |
1.5 本论文的研究目的和内容 |
第2章 KNN基陶瓷的制备、表征及第一性原理计算方法 |
2.1 陶瓷样品的制备 |
2.1.1 实验主要原料 |
2.1.2 陶瓷样品的制备 |
2.2 陶瓷样品的结构表征 |
2.2.1 X射线衍射分析 |
2.2.2 冷场发射扫描电子显微镜 |
2.2.3 显微共焦激光拉曼光谱 |
2.2.4 X射线光电子能谱 |
2.3 陶瓷样品的性能测试 |
2.3.1 密度测试 |
2.3.2 光学性能测试 |
2.3.3 电学性能测试 |
2.4 第一性原理计算方法 |
第3章 KNN和KNN-xBi陶瓷的结构、电子态及透过率 |
3.1 引言 |
3.2 KNN陶瓷的相结构和电子态特性 |
3.2.1 KNN陶瓷的相结构及其稳定性 |
3.2.2 KNN陶瓷的电子态特性及其光学禁带宽度 |
3.2.3 K~+、Na~+无序排列对KNN陶瓷稳定性及电子态特性的影响 |
3.3 KNN-xBi陶瓷的微观结构、透过率及介电性能 |
3.3.1 KNN-xBi陶瓷的微观结构 |
3.3.2 KNN-xBi陶瓷的透过率及电子态特性 |
3.3.3 KNN-xBi陶瓷的介电性能 |
3.4 本章小结 |
第4章 KNN-xBi透明陶瓷掺杂改性及气孔散射机理 |
4.1 引言 |
4.2 Eu~(3+)、Sm~(3+)掺杂KNN-xBi陶瓷微观结构及透过率的影响 |
4.2.1 KNNxEB透明陶瓷的微观结构与透过率 |
4.2.2 稀土Sm~(3+)掺杂KNN-0.03Bi透明陶瓷微观结构和透过率的影响 # |
4.3 KNNB-xSm透明陶瓷的气孔散射机理 |
4.3.1 气孔等效散射模型 |
4.3.2 气孔散射对KNNB-xSm透明陶瓷透过率的影响 |
4.3.3 陶瓷透过率与气孔体积分数、气孔尺寸之间的关联性 |
4.4 稀土(Eu~(3+)、Sm~(3+))掺杂KNN-xBi陶瓷的电学性能 |
4.4.1 KNN-xEB和KNNB-xSm透明陶瓷的介电、铁电性能 |
4.4.2 Sm~(3+)、Eu~(3+)掺杂对KNN-0.03Bi陶瓷性能的影响 |
4.5 本章小结 |
第5章 KNN基透明铁电陶瓷结构调控及其透过率和电学性能 |
5.1 引言 |
5.2 (1-x)KNN-xSr(Al_(0.5)B'_(0.5))O_3 (B'~(5+)=Ta~(5+),Nb~(5+))陶瓷的制备 |
5.3 相结构对KNN-xSAT透明铁电陶瓷透过率和电学性能的影响 |
5.3.1 KNN-xSAT陶瓷的相结构 |
5.3.2 相结构对KNN-xSAT陶瓷透过率的影响 |
5.3.3 相结构对KNN-xSAT陶瓷电学性能的影响 |
5.4 晶粒尺寸对KNN-xSAN陶瓷透过率和电学性能的影响 |
5.4.1 KNN-xSAN陶瓷的相结构 |
5.4.2 KNN-xSAN陶瓷的微观结构 |
5.4.3 气孔和晶粒尺寸对KNN-xSAN陶瓷透过率的影响 |
5.4.4 晶粒尺寸对KNN-xSAN陶瓷电学性能的影响 |
5.5 本章小结 |
第6章 KNN基透明铁电陶瓷透过率与压铁电性能的协同调控 |
6.1 引言 |
6.2 KNN-xSr(B"_(0.5)Nb_(0.5))O_3(B"~(3+)=In~(3+),Sc~(3+))陶瓷的制备 |
6.3 KNN-xSIN陶瓷透过率与电学性能的协同调控 |
6.3.1 烧结温度对KNN-xSIN陶瓷透过率和电学性能的影响 |
6.3.2 KNN-xSIN陶瓷的相结构 |
6.3.3 KNN-xSIN陶瓷的微观结构 |
6.3.4 KNN-xSIN陶瓷透过率和压、铁电性能的协同调控 |
6.4 KNN-xSSN陶瓷透过率与电学性能的协同调控 |
6.4.1 KNN-xSSN陶瓷的相结构 |
6.4.2 KNN-xSSN陶瓷的微观结构 |
6.4.3 KNN-xSSN陶瓷透过率和压、铁电性能的协同调控 |
6.5 本章小结 |
第7章 结论和展望 |
7.1 全文主要结论 |
7.2 展望 |
参考文献 |
致谢 |
攻读博士学位期间科研成果 |
(6)Sr2IrO4单晶薄膜的物性研究和原型器件制备(论文提纲范文)
摘要 |
ABSTRACT |
第1章 绪论 |
1.1 引言 |
1.2 Sr_2IrO_4的基础物理性质 |
1.2.1 强自旋-轨道耦合作用 |
1.2.2 Sr_2IrO_4的晶体结构 |
1.2.3 Sr_2IrO_4的电学性质 |
1.2.4 Sr_2IrO_4的磁学性质 |
1.3 Sr_2IrO_4薄膜材料研究现状 |
1.3.1 Sr_2IrO_4高质量生长及存在的问题 |
1.3.2 Sr_2IrO_4薄膜的应力调控研究 |
1.3.3 铱酸盐超晶格薄膜的研究现状 |
1.4 Sr_2IrO_4新型功能器件研究 |
1.4.1 类神经突触器件的研究 |
1.4.2 反铁磁自旋电子学器件 |
1.5 本论文的研究工作 |
1.5.1 Sr_2IrO_4外延单晶薄膜的高质量生长 |
1.5.2 基于Sr_2IrO_4薄膜的信息功能器件研究 |
1.5.3 Sr_2IrO_4/Sr_3Ru_2O_7超晶格薄膜的物性研究 |
1.6 本章总结 |
参考文献 |
第2章 制备方法与性能测试技术 |
2.1 引言 |
2.2 薄膜样品的制备 |
2.2.1 薄膜靶材的制备 |
2.2.2 衬底的选择与处理 |
2.2.3 脉冲激光沉积技术 |
2.2.4 反射式高能电子衍射仪 |
2.3 薄膜样品的结构、形貌和成分表征 |
2.3.1 晶体结构表征 |
2.3.2 薄膜表面形貌表征 |
2.3.3 薄膜的物理性质表征 |
2.4 电子结构表征 |
2.4.1 X射线光电子能谱 |
2.4.2 X射线吸收光谱 |
2.4.3 极化中子反射测试 |
2.5 本章总结 |
参考文献 |
第3章 高质量Sr_2IrO_4单晶薄膜的制备 |
3.1 引言 |
3.2 实验过程与测试技术 |
3.3 Sr_2IrO_4外延单晶薄膜的生长 |
3.3.1 生长温度对薄膜生长的影响 |
3.3.2 生长氧压对薄膜生长的影响 |
3.4 导电衬底对于薄膜生长的影响 |
3.5 薄膜半峰宽和物性表征 |
3.6 本章总结 |
参考文献 |
第4章 基于Sr_2IrO_4薄膜的信息功能器件研究 |
4.1 BaTiO_3/Sr_2IrO_4人工神经突触器件的研究 |
4.1.1 引言 |
4.1.2 实验方法与测试技术 |
4.1.3 BaTiO_3/Sr_2IrO_4器件的阻变行为 |
4.1.4 BaTiO_3/Sr_2IrO_4器件原理分析 |
4.1.5 BaTiO_3/Sr_2IrO_4器件的突触可塑性 |
4.1.6 本节总结 |
4.2 Sr_2IrO_4超晶格的各向异性磁电阻和非易失性记忆效应 |
4.2.1 前言 |
4.2.2 实验方法与测试技术 |
4.2.3 晶体结构和形貌表征 |
4.2.4 电输运、磁性和磁电阻测试 |
4.2.5 超晶格各向异性磁电阻测试 |
4.2.6 超晶格的非易失性记忆效应 |
4.2.7 本节总结 |
参考文献 |
第5章 Sr_2IrO_4超晶格的奇异物理性质研究 |
5.1 前言 |
5.2 实验方法与测试技术 |
5.3 超晶格的结构和物性表征 |
5.3.1 超晶格的晶体结构 |
5.4 超晶格物性表征 |
5.4.1 超晶格电输运测试 |
5.4.2 超晶格霍尔效应 |
5.4.3 超晶格霍尔效应的讨论 |
5.4.4 超晶格磁电阻和磁性测试 |
5.4.5 超晶格磁电阻现象的讨论 |
5.4.6 超晶格极化中子反射测量 |
5.4.7 超晶格薄膜的物性总结 |
5.5 本章总结 |
参考文献 |
第6章 总结与展望 |
6.1 全文内容总结 |
6.2 Sr_2IrO_4薄膜物性的后续研究展望 |
6.3 Sr_2IrO_4原型器件的后续研究展望 |
致谢 |
攻读博士学位期间的学术成果及获奖情况 |
(7)基于原位高能X射线的铅基钙钛矿铁电压电机理研究(论文提纲范文)
致谢 |
摘要 |
Abstract |
1 引言 |
2 绪论 |
2.1 压电、铁电及反铁电材料 |
2.1.1 压电、铁电性及反铁电性 |
2.1.2 铅基钙钛矿铁电压电材料 |
2.1.3 铅基钙钛矿反铁电材料 |
2.2 优异压电性的起源 |
2.2.1 准同型相界(MPB) |
2.2.2 单斜相及极化旋转 |
2.2.3 铁电畴运动 |
2.3 原位高能同步辐射技术研究铁电压电材料进展 |
2.3.1 原位衍射技术研究铁电压电材料进展 |
2.3.2 原位全散技术研究铁电压电材料进展 |
2.4 本课题的研究内容和意义 |
3 铅基钙钛矿陶瓷的制备及研究方法 |
3.1 铅钙钛矿陶瓷的制备及分析 |
3.1.1 实验材料 |
3.1.2 制备方法 |
3.1.3 样品分析 |
3.2 原位高能同步辐射X射线衍射技术 |
3.2.1 原位高能同步辐射X射线衍射测试 |
3.2.2 原位高能同步辐射X射线衍射分析 |
3.3 原位同步辐射X射线全散射技术 |
3.3.1 原位高能同步辐射X射线全散射测试 |
3.3.2 原位高能同步辐射X射线全散射分析 |
4 单斜极化旋转对高压电性能的作用机制 |
4.1 Pb(Mg_(1/3)Nb_(2/3))O_3-PbTiO_3中单斜极化旋转与晶格的耦合作用 |
4.1.1 引言 |
4.1.2 样品制备与分析 |
4.1.3 实验结果与分析 |
4.1.4 小节 |
4.2 单斜极化旋转在高性能压电材料中的关键行为 |
4.2.1 引言 |
4.2.2 样品制备及分析 |
4.2.3 实验结果与分析 |
4.2.4 小节 |
5 电场诱导可逆相转变的压电增强 |
5.1 可逆相转变在准同型相界增强压电性的作用 |
5.1.1 引言 |
5.1.2 样品制备与分析 |
5.1.3 实验结果与分析 |
5.1.4 小节 |
5.2 PbTiO_3-Bi(Ni_(1/2)Hf_(1/2))O_3中相转变激发的多因素增强效应 |
5.2.1 引言 |
5.2.2 样品制备与分析 |
5.2.3 实验结果与讨论 |
5.2.4 小节 |
6 相结构演变与铁电畴翻转的交互作用 |
6.1 Pb(Zr,Ti)O_3中局域单斜极化旋转诱导的异常铁电畴翻转 |
6.1.1 引言 |
6.1.2 样品制备与分析 |
6.1.3 实验结果与分析 |
6.1.4 小节 |
6.2 准同相边界中相转变与畴翻转的协同作用 |
6.2.1 引言 |
6.2.2 样品制备与分析 |
6.2.3 实验结果与讨论 |
6.2.4 小节 |
7 PbZrO_3基反铁电材料原位结构研究 |
7.1 PbZrO_3基反铁电材料原位相结构演变 |
7.1.1 引言 |
7.1.2 样品制备与分析 |
7.1.3 实验结果与分析 |
7.1.4 小节 |
7.2 PbZrO_3基钙钛矿反铁电到铁电态的局域结构演变 |
7.2.1 引言 |
7.2.2 样品制备与分析 |
7.2.3 实验结果与分析 |
7.2.4 小节 |
8 结论 |
8.1 结论 |
8.2 创新点 |
8.3 展望 |
参考文献 |
作者简历及在学研究成果 |
学位论文数据集 |
(8)Ce:BaTiO3晶体中的各向异性圆锥型散射的初步研究(论文提纲范文)
1 实验 |
2 理论分析 |
2.1 对圆环Ⅰ的分析 |
2.2 对圆环Ⅱ的分析 |
2.3 对圆环张角的计算 |
3 结论 |
(9)温度对不同晶体取向BaTiO3薄膜电学性能影响的实验和理论研究(论文提纲范文)
摘要 |
abstract |
第1章 绪论 |
1.1 铁电薄膜材料简介 |
1.1.1 铁电薄膜的研究现状及发展趋势 |
1.1.2 铁电薄膜的性质及应用 |
1.1.3 不同晶体取向钙钛矿型铁电薄膜的结构特点 |
1.2 压电力显微镜(PFM)和畴结构概述 |
1.2.1 电畴的定义 |
1.2.2 PFM简介和工作原理 |
1.2.3 面外和面内畴的描述 |
1.3 择优取向铁电薄膜材料电学性能的研究现状 |
1.3.1 择优取向薄膜电学性能的实验研究现状 |
1.3.2 择优取向薄膜电学性能的理论研究现状 |
1.3.3 外场作用下铁电薄膜畴变和性能变化的研究现状 |
1.4 论文的研究意义和主要内容 |
1.4.1 论文的研究目的及意义 |
1.4.2 论文的主要研究内容 |
第2章 不同晶体取向BaTiO_3薄膜的制备及基本表征 |
2.1 引言 |
2.2 不同晶体取向BaTiO_3薄膜的制备 |
2.2.1 衬底的选择 |
2.2.2 前驱体溶液的配制 |
2.2.3 甩膜及快速热处理工艺 |
2.3 不同晶体取向BaTiO_3薄膜的微观结构表征 |
2.3.1 BaTiO_3薄膜的原始形貌(AFM)测试 |
2.3.2 BaTiO_3薄膜的XRD测试 |
2.3.3 BaTiO_3薄膜的Φ扫描测试 |
2.3.4 BaTiO_3薄膜的拉曼光谱测试 |
2.4 不同晶体取向BaTiO_3薄膜的基本电学性能表征 |
2.4.1 (001)取向BaTiO_3薄膜的CAFM表征 |
2.4.2 (110)取向BaTiO_3薄膜的CAFM表征 |
2.4.3 (111)取向BaTiO_3薄膜的CAFM表征 |
2.5 本章小结 |
第3章 温度场下不同晶体取向BaTiO_3薄膜的畴变观测 |
3.1 引言 |
3.2 不同晶体取向BaTiO_3薄膜的畴结构 |
3.2.1 (001)取向BaTiO_3薄膜的面外及面内畴结构 |
3.2.2 (110)取向BaTiO_3薄膜的面外及面内畴结构 |
3.2.3 (111)取向BaTiO_3薄膜的面外及面内畴结构 |
3.3 不同晶体取向BaTiO_3薄膜的压电性能 |
3.3.1 不同晶体取向BaTiO_3薄膜的压电性能 |
3.3.2 晶体取向对BaTiO_3薄膜畴结构和压电性能的影响 |
3.4 温度场下不同晶体取向BaTiO_3薄膜的畴态演变及压电响应 |
3.4.1 温度场下(001)取向BaTiO_3薄膜的畴态演变及压电响应 |
3.4.2 温度场下(110)取向BaTiO_3薄膜的畴态演变及压电响应 |
3.4.3 温度场下(111)取向BaTiO_3薄膜的畴态演变及压电响应 |
3.4.4 温度作用下不同取向BaTiO_3薄膜的畴态演变及压电响应的分析 |
3.5 本章小结 |
第4章 温度作用下不同晶体取向BaTiO_3薄膜的相图和性能分析 |
4.1 引言 |
4.2 不同晶体取向单晶多畴铁电薄膜热力学模型的建立 |
4.2.1 (001)取向单晶单畴热力学理论模型的建立 |
4.2.2 (110)及(111)取向铁电薄膜自由能表达式推导 |
4.2.3 (110)及(111)取向薄膜单晶多畴模型的建立 |
4.3 温度作用下(001)和(110)取向BaTiO_3薄膜的理论分析 |
4.3.1 温度对(001)取向BaTiO_3薄膜的相图及压电介电性能的影响 |
4.3.2 温度对(110)取向BaTiO_3薄膜的相图及压电介电性能的影响 |
4.4 温度作用下(111)取向BaTiO_3薄膜的理论分析 |
4.4.1 基于压电效应估算(111)取向BaTiO_3薄膜面内应变 |
4.4.2 温度作用下(111)取向BaTiO_3薄膜畴变的相图分析 |
4.4.3 温度对(111)取向BaTiO_3薄膜的压电和介电性能的影响 |
4.5 本章小结 |
第5章 总结和展望 |
5.1 全文总结 |
5.2 工作展望 |
参考文献 |
致谢 |
个人简历、在校期间发表的学术论文与研究成果 |
(10)自旋电子器件的应力调控研究(论文提纲范文)
致谢 |
摘要 |
Abstract |
1 引言 |
2 文献综述 |
2.1 自旋电子学发展简介 |
2.2 自旋电子学中的物理概念 |
2.2.1 巨磁电阻效应与自旋阀 |
2.2.2 垂直磁各向异性 |
2.2.3 反常霍尔效应 |
2.2.4 自旋霍尔效应和逆自旋霍尔效应 |
2.2.5 自旋转移力矩和自旋轨道力矩 |
2.2.6 交换偏置与垂直交换偏置 |
2.2.7 反铁磁自旋电子学 |
2.3 应变工程概述 |
2.3.1 压电自旋电子学 |
2.3.2 形状记忆合金 |
2.3.3 柔性自旋电子学 |
3 样品制备及表征测试方法 |
3.1 薄膜制备与加工方法 |
3.1.1 磁控溅射 |
3.1.2 脉冲激光沉积 |
3.1.3 紫外光刻 |
3.1.4 电子束曝光 |
3.1.5 氩离子刻蚀 |
3.2 样品表征及测试 |
3.2.1 差示扫描量热法 |
3.2.2 X射线衍射仪 |
3.2.3 台阶仪 |
3.2.4 原子力显微镜 |
3.2.5 振动样品磁强计 |
3.2.6 铁电分析仪 |
3.2.7 物理性质测试系统 |
3.2.8 测试仪表 |
4 形状记忆合金相变应力对自旋阀磁电阻信号的调控 |
4.1 引言 |
4.2 实验方法 |
4.3 结果分析 |
4.3.1 基底性能的表征 |
4.3.2 应力对自由层和被钉扎层磁性的调控 |
4.3.3 应力对自旋阀磁电阻性质的调控 |
4.4 本章小结 |
5 柔性基底对薄膜垂直磁各向异性和垂直交换偏置的调控 |
5.1 引言 |
5.2 实验方法 |
5.3 结果分析 |
5.4 本章小结 |
6 垂直交换偏置效应的应力调控 |
6.1 引言 |
6.2 实验方法 |
6.3 结果分析 |
6.3.1 垂直交换偏置对SOT驱动磁化翻转的影响 |
6.3.2 应力对垂直交换偏置场的调控 |
6.4 本章小结 |
7 垂直磁各向异性和电流驱动磁化翻转行为的应力调控 |
7.1 引言 |
7.2 实验方法 |
7.3 结果分析 |
7.4 本章小结 |
8 晶格应力对反铁磁异质结自旋输运行为的调控 |
8.1 引言 |
8.2 实验方法 |
8.3 结果分析 |
8.4 本章小结 |
9 结论 |
参考文献 |
作者简历及在学研究成果 |
学位论文数据集 |
四、BaTiO_3晶体的各向异性散射(论文参考文献)
- [1]铅(钡)基钙钛矿铁电及多铁性薄膜的制备与结构[D]. 王艺霖. 北京科技大学, 2020(06)
- [2]纳尺度材料中能量输运及其调控的物理机制研究[D]. 刘晨晗. 东南大学, 2019(05)
- [3]PbTiO3基三元弛豫铁电陶瓷的晶向织构和电学性能研究[D]. 吴杰. 哈尔滨工业大学, 2019(01)
- [4]ABO3钙钛矿中氧空位诱导的磁性与电输运性质研究[D]. 裴宇娟. 燕山大学, 2020
- [5]KNN基铁电陶瓷透明性和电性能协同调控机理研究[D]. 赵旭梅. 陕西师范大学, 2019
- [6]Sr2IrO4单晶薄膜的物性研究和原型器件制备[D]. 徐珲. 中国科学技术大学, 2020(01)
- [7]基于原位高能X射线的铅基钙钛矿铁电压电机理研究[D]. 刘辉. 北京科技大学, 2020(06)
- [8]Ce:BaTiO3晶体中的各向异性圆锥型散射的初步研究[J]. 赵彤,曾令祉,蒋毅坚. 北京工业大学学报, 1997(02)
- [9]温度对不同晶体取向BaTiO3薄膜电学性能影响的实验和理论研究[D]. 李超. 湘潭大学, 2019
- [10]自旋电子器件的应力调控研究[D]. 王梦溪. 北京科技大学, 2021(02)