开路和短路电学边界外延铁电薄膜的畴结构及铁电性能

摘要

考虑基体对外延铁电薄膜内畴变的约束,采用应力函数方法求解外延铁电薄膜畴变时的本征应力,并结合相场法分析了不同电学边界条件下铁电薄膜的畴结构与极化强度.对短路电学边界下PbTiO_3外延铁电薄膜畴结构的计算表明,由a畴到a/c/a畴转变时的薄膜厚度与采用有限元方法模拟的结果十分接近.通过对开路电学边界下铁电薄膜畴结构的分析发现,由a畴到a/c/a畴转变时的薄膜厚度远大于短路条件下的转变厚度.基体约束引起的应力变化使得薄膜内畴结构出现a畴和a/c/a畴的分层.铁电薄膜的平均自发极化强度随厚度的增加而增加,从a畴向多畴转变后,极化强度有显著的增加.