铁电薄膜自极化现象的机理

在本工作中，我们通过考虑三个欧拉-拉格range 方程，包括失配效应和错位位错、表面张力以及去极化电场的影响，计算了极化三个分量。通过我们此前提出的变分方法求解了这些方程。该方法导致自由能以极化各分量不同幂次的代数方程形式出现，系数取决于薄膜厚度、失配效应、温度及其他参数。自由能表达式中出现了若干与失配应变比例的新项：由体系立方对称性下，靠近表面的非线性 piezoelectric 效应产生的垂直于表面的内置电场、通过电束致使的体相变温度renormalization、垂直于表面的极化分量的奇次方项。得到的自由能使得我们能够通过常规极化最小化程序计算薄膜的全部性质。我们证明在上述坐标条件的特定区域内，均存在自极化相，其本质为失配效应所致。计算了热电系数和介电常数的温度、应变和厚度依赖性，结果显示这些量的异常行为，例如在厚度小于铁电-介电相变临界值时仍存在热电性。