Научный руководитель: Семенчев Александр Федорович, кандидат физ.-мат.наук

Сегнетоэлектрические кристаллы благодаря их уникальному свойству изменять направление спонтанной поляризации P_s во внешнем электрическим полем могли бы найти применение в вычислительной технике в качестве элементной базы для создания энергонезависимой памяти. Однако потенциальные возможности сегнетоэлектриков к настоящему времени остаются нереализованы в устройствах подобного рода. Как оказалось, многократная циклическая переполяризация в сильных электрических полях приводит к различным эффектам динамической усталости (ДУ), проявляющейся в уменьшении величины переключающейся поляризации (ПП) с ростом числа чиклов переполяризации.

При исследовании переполяризации кристаллов титаната свинца (ТС) также было обнаружено явление ДУ, проявившееся в образовании в переключаемой области сетки а-доменов [2]. В отличие от Хаяши, объяснившего аналогичный эффект в кристаллах титаната бария (ТБ) неоднородным разогревом в процессе многократной циклической переполяризации, авторы [2] высказали предположение о том, что образование а-доменов являются следствием неоднородных пьезодеформаций, сопровождающих процесс ПП.

Целью настоящей работы является более детальное исследование закономерностей проявления ДУ у монокристаллов ТС с произвольной исходной 180⁰-ной доменной структурой, в том числе и у однодоменных. Кристаллы были выращены в системе PbO-B₂O₃-TiO₂. Для экспериментов отбирались преимущественно с-доменные кристаллы, толщиной от 22 до 490 мкм, с помощью поляризационного микроскопа MPI-5. Особеностью180⁰-ных доменных конфигураций в кристаллах ТС являются встречные домены с наклонными стенками, не поддающиеся переключению во внешнем электрическом поле. Поэтому для проведения экспериментов с монодоменными кристаллами, осуществлялась предварительная их монодоменнизация, по разработанной авторами [2] методике. Этот метод основан на особенностях фазового перехода кристаллов ТС и не требует процедуры поляризации во внешнем электрическом поле. После проведения монодоменизации, 180⁰-ная доменная структура выявлялась методом избирательного травления в 10% смеси кислот HF и HCl взятых в объемном соотношении1:3.

В результате проведенных экспериментов было установлено, что в случае монодоменных кристаллов, переключающихся за счет бокового роста немногочисленных 180⁰-ных доменов и кристаллов со встречными 180⁰-ми доменами, эффекты усталости за счет образования а-доменов проявляются, практически, в одинаковой степени. А именно, с увеличением числа циклов переключения образуется сетка а-доменов и редкие микротрещины по периметру электрода. Предполагаемой причиной образования а-доменных клиньев являются механические напряжения, обусловленные неоднородной пьезоэлектрической деформации вблизи границ электрода и стенок застабилизировавшихся 180⁰-ных доменов, присутствующих в кристаллах изначально и возникших в процессе накопления усталости.

У тонких монодоменных кристаллов, переключающихся за счет прямого роста 180⁰-ных доменов, эффект образования а-доменов выражен крайне слабо или не проявляется вовсе. Анализ фигур травления на противоположных гранях и поперечных срезах кристаллов показал, что в этом случае ДУ являются следствием формирования системы встречных 180⁰-ных доменов в процессе многократного переключения.

Изучая поперечные срезы кристаллов с произвольной 180⁰-ной структурой, мы обнаружили в объеме между электродами более или менее протяженные микротрещины, ориентированные преимущественно поперек направлению вектора спонтанной поляризации (см. рис.1). По нашему мнению причиной образования микротрещин является концентрация механических напряжений в областях скопления дислокаций, генерируемых механическими напряжениями, сопровождающими процесс переполяризации.

Литература:

[1] Дж.Барфут, Дж.Тейлор "Полярные диэлектрики и их применение" М.: Изд. Мир(1981).