多轴铁电体中混合类型畴壁的介观结构

在多轴铁电薄膜中，基于解析 Landau-Ginzburg-Devonshire（LGD）方法研究了 180 度无电荷旋转畴壁的结构。采用有限元建模（FEM）数值求解两极化分量的二阶耦合非线性 Euler-Lagrange（EL）微分方程组。我们表明，畴壁的结构及薄膜相应的（亚）稳态由单一主参数——无量纲铁电各向异性 μ 控制。我们用极化分量的双曲函数拟合由 FEM 计算的孤立畴壁静态轮廓，并从对 FEM 曲线的拟合中提取出五个依赖于 μ 的参数。拟合结果的高精度使我们得出结论：这些解析函数可视为具三次非线性的静态 EL 方程的高精度变分解。我们进一步推导了多轴铁电薄膜中多畴 180 度畴结构的双分量静态 EL 方程解析解。对自由能随薄膜厚度及表面边界条件依赖关系的分析，可筛选出对应最小能量的畴态。单畴态在表面极化导数为零时为基态，而多畴态在表面极化为零时使系统能量最小。反直觉地，表面极化为零时多畴态能量分裂为 0 与 1 两个能级，且每个能级均为由近能子能级构成的无穷集合，其形貌以两分量极化节点的不同结构为特征。