六方RMnO3多铁体系中的拓扑铁电畴及微结构研究

来源 :中国科学院大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:leoni002
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在六方RMnO3(R=Ho-Lu,Y,and Sc)系列多铁材料中,对称性自发破缺的过程伴随了丰富而新颖的铁电畴形态的出现,它们所呈现出的众多奇特物理现象与铁电畴的宏观分布特性以及微观结构之间有着密切关联,为了探寻其背后的机制,本论文将综合运用SEM、TEM以及数值模拟的方法对该体系中铁电畴的分布形态、相互之间的演化规律以及微观结构进行研究。主要内容包括三个部分:  1.铁电畴及畴壁的扫描二次电子显微学研究。基于扫描电子显微镜的二次电子成像模式,我们发现合适的实验条件下可以在YMnO3单晶材料中分别得到清晰的铁电畴以及畴壁衬度图像。针对图像衬度随不同实验参数的变化规律进行了仔细研究,并基于铁电材料的热电效应和电荷聚积效应对图像衬度的产生机制进行了分析。  2.铁电畴形态观察及其演化规律研究。通过扫描二次电子观察方法,对YMnO3及ErMnO3两种典型材料不同晶面上的铁电畴分布形态进行了观察和分类,除了大量观察到的条状畴、环形畴以及涡旋畴外,还发现了一些与应力分布相关的特殊铁电畴构型以及铁电畴沿着c轴明显的分层现象。通过退火实验和基于六态时钟模型的数值模拟,研究了不同铁电畴形态之间随温度的演变规律。此外,通过电子辐照和施加外电场的方法研究了在电场驱动下铁电畴及其畴壁的运动规律。综合以上的实验现象和数值模拟,对环形畴的微观结构进行了讨论。  3.涡旋畴的同伦理论及球差矫正STEM研究。我们运用代数拓扑学中的同伦理论对RMnO3体系中涡旋中心和畴壁两类拓扑缺陷随温度变化的演变规律以及其内部结构进行了讨论,通过基于Landau自由能的数值模拟对以上理论推导的结果进行了验证。实验方面,利用球差矫正STEM技术对涡旋中心处的原子结构进行了直接观察,并澄清了会使原子衬度模糊的“叠加效应”。在排除该效应的基础上对涡旋中心的微观结构特性进行了研究。
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