极化反转对一维声子晶体板带隙的影响

近年来,由压电材料构成的人工周期复合结构(声子晶体)中的波传播问题成为研究热点之一。这类结构可实现对弹性波和声波的过滤、导向和聚焦等多种调控功能,可显著提高滤波器、谐振器和波导等声表面波器件的工作性能。文章分析了带有极化反转层的一维声子晶体板的能带结构。此周期结构基于畴反转铌酸锂晶体板,由分布于板表面的矩形周期沟槽构成。针对所述模型,利用有限元法计算了声子晶体板的兰姆波带隙,并进一步研究了极化反转层对带隙宽度和带隙位置的影响。结果表明,兰姆波的带隙宽度和带隙位置均随反转层厚度的变化有明显的偏移。所得结果可为相关声学器件的设计提供理论依据。

压电陶瓷的极化反转过程

利用阻抗分析仪和重复迭代法，对Pb（Mg1／3Nb2／3）0.125Ti0．42Zr0．455O3压电陶瓷的极化反转过程进行了研究。实验数据显示出了铁电畴随电场变化的整个开关过程，发现极化反转前后压电性有着明显的不对称性，这一异常现象是和场诱应变、电滞回线数据相互对应的。经比较研究后认为，影响极化反转前后压电对称性的机理是空间电荷在晶粒表面积聚形成内偏置电场，由此建立的理论模型可以作出合理的解释。

温度对铁电体极化反转过程影响的细观力学分析

采用热力学和细观力学结合的方法,建立了考虑热、力和电影响的细观力学模型,对铁电体极化反转过程中温度对滞回曲线和矫顽场强的影响进行了研究.研究结果表明温度对滞回曲线形状和矫顽场强有显著影响,在四方相范围内,随着温度的升高,铁电体的滞回曲线变窄、变低,矫顽场强不断减小.

电场下[001]_(cub)切型弛豫铁电单晶PMN-32PT电畴的极化反转

为研究弛豫铁电单晶PMN-32PT电畴在电场下的极化反转,利用偏光显微镜研究了电场下[001]_(cub)切型PMN-32PT单晶电畴组态的变化,建立了极化反转模型.在[001]_(cub)单晶切片中,当电场强度达到4kV/cm时,电畴开始极化反转,出现平行于电场方向的畴壁,畴壁沿垂直自身的方向运动,畴壁的运动实际是畴的横向扩张;当电场强度增至6kV/cm时,畴壁消失,又出现垂直于电场方向的新畴壁;而电场强度进一步增至10kV/cm时,新畴壁也消失,且电畴消光,这表明多畴已单畴化.

铌酸锂晶体铁电畴电极化反转结构的ESEM观察

采用电脉冲极化方法制作出周期性反转电畴微结构。利用热腐蚀法制备出用于环境扫描电镜 (ESEM)研究反转电畴结构的样品。通过ESEM的观察与分析,在光栅电极下方,铁电畴发生了极化反转,反转区域在Y方向上有所扩展,在Z方向逐渐变窄,没能贯穿整个晶片。通过控制光栅电极的纵宽比和电压脉冲的参数,可以在晶片的表面或一定深度得到占空比为 1∶1的正、负铁电畴交替排列的结构,达到准相位配的目的。观测到竹叶状二次电子图像衬度,它是由制样过程中局部产生应力造成的,这说明利用ESEM可以研究压电材料中的电荷分布。

准相位匹配PPKTP极化反转的监测

文中提出了采用电光效应实时监测判断KTiOPO_4(KTP)晶体周期性极化反转进程的实验方案,分析了在高压电场极化脉冲作用下,KTP晶体的电光效应的基本特性和极化电流所表现出来的峰值特性,以及它们与KTP晶体的铁电畴反转之间存在的依赖关系,并确定了用监控光强的变化来判断极化反转程度的基本依据,在监测系统的帮助下对熔盐法生长的KTP晶体进行了极化反转．最后对获得的PPKTP进行了化学蚀刻,结果表明,获得的PPKTP质量有了明显提高．倍频转换效率达到1．13%．

用于KTP晶体极化反转的高压脉冲电源的研究

分析了KTP晶体的外电场周期极化反转的机理,设计并研制出一种采用高压开关管的高压脉冲电源,可以将任意信号发生器输出的2V方波脉冲波形放大,输出最高电压为5000V、上升沿小于50μs、最大输出电流超过30mA、脉宽为任意的方波脉冲。用此高压脉冲电源在KTP晶体上进行多次极化反转实验,得到良好的实验结果。

铁电薄膜极化反转电流的电场和温度特性研究

应用铁电薄膜极化反转的KA模型,讨论了极化反转电流随电场和温度的变化关系.结果表明,极化反转电流随电场的增加而增加,极化反转时间在低电场时成指数关系下降,高电场时幂律关系下降;在居里温度附近,极化反转电流随温度增加而减小,温度远低于居里温度时,随温度增加而增加.

(Pb1-xSrx)TiO3系铁电薄膜的极化反转特性

采用磁控溅射技术在Si基底上制备了(Pb1-xSrx)TiO3(简称PST)铁电薄膜,采用双极性、双脉冲方波电压测试了其极化反转特性。测试结果表明,所制备的PST铁电薄膜的电流密度峰值达10-4A/mm2量级,开关时间可达1.0 ms左右,极化反转特性较好,有望未来在Si基集成单片红外探测焦平面阵列研制中加以应用。

强电场下部分极化反转对铁电复合物ε2的贡献

建立起适合厚片材料测试的非线性介电测试系统和相应的数据处理方法；测得了在不同场强和温度下ＰＺＴ／Ｐ［ＶＤＦ（７７）ＴｒＦＥ（２３）］０３ 型铁电复合物厚片的二阶非线性介电系数；根据Ｙａｍａｄａ 模型拟合（一阶） 介电系数的电场和温度依赖关系得到了退极化场系数Ｌｚ，并由此计算了在各电场和温度下作用于陶瓷粒子的局域场；结果说明在介电系数测试过程中，未预极化复合物试样的二阶非线性介电系数起源于分散相陶瓷粒子在局域场作用下发生的部分极化反转．

有机铁电共聚物P(VDF-TrFE)铁电极化反转机理的STM研究

本文用一种改装了的ＳＴＭ技术，可以直接观察到聚偏氟乙烯（ＰＶＤＦ）的共聚物Ｐ（ＶＤＦ－ＴｒＦＥ）的铁电畴。这一技术我们称之为“局域压电性”探测技术。通过测量有机铁电共聚物Ｐ（ＶＤＦ－ＴｒＦＥ）样品的表面振动，我们可以清楚地分辨出正、负和非振动畴，并记录下极化反转过程中畴结构的变化。实验结果可以用一个“非平衡的四阱势”

铁电体极化反转临界条件的细观力学分析

本文根据经典形核理论,对铁电体极化反转过程的临界条件进行了热力学研究,建立了包括温度影响、外场作用、界面能以及退极化能等的热-力-电耦合细观力学模型,计算了铁电体BaTiO3极化反转的临界形核半径和临界形核功。结果表明在畴变过程中BaTiO3的临界形核半径和临界形核功都随反向电场的增加而减小,同样电场强度作用下临界形核半径和临界形核功随着温度的升高而减小。

扫描探针显微镜对纳米尺度铁电畴极化反转的研究

利用扫描探针显微镜(SPM)的压电响应模式(PFM)和电场力响应模式(EFM)对PbTiO3/Pb(Zr0.3Ti0.7)O3/PbTiO3(PT/PZT/PT)夹心结构铁电薄膜的自发极化与纳米尺度电畴反转行为进行了研究。SPM的PFM对薄膜电畴的极化反转研究表明,在相同的有限电压下,薄膜的电畴因不同结构而不能全部反转而取向一致;同时,不对称电极产生的内建电压(场)会导致不同方向上极化反转电压的不同。SPM的EFM不宜用来研究铁电薄膜的自发极化电畴结构,但对电畴的取向极化有较高的区分度,适于研究电畴的取向极化。经正电压极化后,极化的区域呈高电势的亮区;经负电压极化后,表现为低电势的暗亮度区域。

铁电材料极化反转特性的研究进展

铁电材料的极化反转是一个新畴成核,然后通过畴壁的移动实现电畴反转的过程。从动力学和热力学两方面概述了极化反转过程,介绍了宏观反转电流的测试方法和微观电畴的成像表征技术,总结了多次极化反转导致的疲劳现象;并对采用压电显微术结合其他技术及应用多维数据模型来深入研究极化反转特性做了展望。

在外电场作用下BaTiO_3单晶中铁电畴极化反转的透射电镜原位研究

通过在样品表面施加电场,利用透射电子显微镜原位观察和研究了BaTiO3单晶中铁电畴的极化反转过程。结果表明,在外加电场作用下,铁电畴发生重新取向,其极化方向逐渐向着与电场方向平行的方向转变,当撤去电场后,又趋向于恢复到初始状态。

利用铌酸锂薄片极化反转实现纳米信息存储

纳米信息存储是一种高密度信息存储。在信息存储点的尺度被降低到纳米量级时,其存储密度与目前通用的磁盘相比可提高两个数量级以上。纳米信息存储所面临的诸多技术问题之一就是高质量、高稳定性存储材料的选择。铌酸锂晶体作为重要的光电子材料,已被应用于光学、光电子学器件中,成为光电器件的重要基底材料。但由于缺乏合适的机制,铌酸锂材料尚未被应用于纳米信息存储中。 南开大学承担的天津市自然基金重点项目“利用铌酸锂薄片极化反转实现纳米信息存储”,探索在铌酸锂薄片中通过自发极化反转实现纳米尺度的信息存储的可能性。本项目的研究综合了铌酸锂晶体离子注入薄片切割技术及近化学比铌酸锂研究两方面的研究成果。通过离子注入薄片切割技术可以制备高质量的厚度仅为10微米,直径1厘米的铌酸锂薄片,薄片的表面十分平整。另一方面,与同成分铌酸锂晶体相比,近化学比铌酸锂晶体的自发极化反转电压可下降2个数量级,可降至200V/mm。由此,在厚度为10微米量级的铌酸锂薄片中,利用几伏的电压即可实现自发极化反转。

基于周期性畴极化反转掺镁铌酸锂晶体的脉冲光纤激光器抽运的高功率光参量振荡器

报道了研制高功率全光纤化线偏振掺镱脉冲激光器,并用其抽运光参量振荡器(OPO)的研究工作。激光器以光纤化的声光调Q掺镱光纤激光器作为种子源,用大直径双包层保偏光纤作为增益放大介质。在40 kHz重复频率下,得到1064.2 nm处最大23.5 W的线偏振脉冲激光输出,脉冲宽度约46 ns,偏振消光比(PER)优于10 dB,光束质量因子(M2)约为1.3。利用该全光纤激光器抽运基于周期性畴极化反转掺镁铌酸锂(PPMgLN)晶体的宽带可调谐OPO,在信号光1602 nm通道,获得11.05 W最大光参量输出,其中3168 nm处闲散光功率为3.01 W。OPO能量转换效率为56%,斜率效率为63%。在信号光1508 nm通道,获得9.87 W最大光参量输出,其中3614 nm波长功率为2.75 W。

外电场作用下铁电畴极化反转机制的相场法模拟

采用相场方法模拟了铁电畴的形成及外电场作用下的极化反转,探讨了不同外电场作用下的极化反转机制.结果表明:无外电场作用下,铁电畴的形成是一个形核和长大的过程,系统达到稳定时具有4种铁电畴,其形貌均为平行四边形,其中180°反向畴沿-45°方向规则分布,90°反向畴呈阶梯状规则分布;恒定电场作用下,铁电畴产生90°和180°极化反转,极化方向有利的铁电畴长大,系统达到稳定时,平均极化增加,且恒定电场越大,平均极化越大;交变电场作用下,铁电畴产生极化反转,形成电滞回线和蝶形回线,电场频率或者强度越大,矫顽电场和剩余极化越大,温度越高,矫顽电场和剩余极化越小.

飞秒激光刻划铌酸锂实现极化反转的实验研究

采用飞秒激光加工制作周期性极化铌酸锂(PPLN)。实验中利用飞秒激光加工机的高精密加工的特性,在晶体+Z面刻划出周期性条纹,条纹周期以及深宽比可调,并加均匀的高压电场,通过改变晶体表面形状来影响晶体内部电场分布。实验观察到沿飞秒激光刻划方向有明显的极化现象,以及加工参量对极化反转的影响。该方案比纳秒激光刻划精度高,影响区小,可以做到更高深宽比且保持刻槽规则的形状。直接用激光刻划,无需掩模和光刻工艺,具有较大的灵活性,作为改进制作周期性极化铌酸锂的可选方案,更适合做各种新型器件。

快速单脉冲激励下反铁电PbLa(Zr,Sn,Ti)O_3极化反转特性

研究了掺镧锆锡钛酸铅反铁电陶瓷在单脉冲方波电压激励下的极化反转特性。分析了1Hz正弦交变电压和上升前沿约为1ns单脉冲方波电压激励下样品的电滞特征以及不同脉冲宽度下样品的极化反转行为。讨论了样品的反铁电-铁电相变时间。结果表明:单方波脉冲电压激励下,样品的正向开关电场增加,反向开关电场减小;样品完全极化反转所需时间为394ns,使样品开始极化反转的最小脉冲宽度在50～100ns之间。