核壳铁电纳米颗粒中畴形貌的挠曲-弹性控制因素:软壳与刚性壳

在朗道-金兹堡-德文郡(Landau-Ginzburg-Devonshire)框架内,我们探究弹性各向异性、电致伸缩、挠曲电耦合以及失配应变对球形铁电核壳纳米颗粒中畴结构形貌的影响。我们对覆盖有弹性各向同性软壳或弹性各向异性刚性顺电壳(有或无失配应变)的多轴铁电纳米颗粒核进行了有限元建模(FEM)。在核覆盖软壳的情况下,FEM 结果显示,在室温下若电致伸缩耦合较弱,具有偶极核的单极化涡旋可稳定存在。随着各向异性电致伸缩耦合增强,涡旋消失并被复杂的通量闭合结构取代,这些结构在赤道面形成并转变为在核极附近具有中心 180 度畴壁的拉长的涡旋。这种复杂畴形貌因各向异性电致伸缩在核中发展,而挠曲电耦合导致极化等值面额外的弯曲和扭转。与此相反,对覆盖刚性壳的核进行的 FEM 表明,在室温下,壳的弹性各向异性可稳定具有三个通量闭合畴的涡旋状结构,这些畴在核赤道面逐渐交叉并转变为核极附近的 120 度畴。挠曲电耦合导致通量闭合畴壁明显卷曲。失配应变补偿了受弹性各向异性刚性壳约束的核中通量闭合畴的卷曲。我们的分析揭示了在覆盖软壳或刚性壳的铁电核中形成的不同类型的拓扑缺陷,即 Bloch 点结构(BPS)和 Ising 线。