利用铁电多畴薄膜产生的介电泳力对介电纳米颗粒进行图案化

本文对介电泳力，即在不均匀电场中作用于电中性粒子上的力，进行了理论研究，该不均匀电场由铁电畴图案产生。多位研究者已经表明，在铁电单晶中人工制备具有特定几何形状的畴图案，是利用介电泳力对介电纳米物体进行图案化的一种简单且灵活的方法。介电泳力的来源是强且高度不均匀的（杂散）电场，该电场存在于铁电薄膜表面附近的铁电畴壁处。我们分析了具有层状180${}^\circ$畴图案的特定厚度铁电薄膜模型中的介电泳力。计算了包含自由电荷屏蔽效应在内的、薄膜顶表面上方离子液体中杂散场空间分布的解析公式。给出了由畴图案产生的介电泳力的空间分布。数值模拟表明，在所谓正介电泳情况下，铁电畴壁与铁电薄膜表面的交点代表了介电纳米颗粒的陷阱。讨论了介电纳米颗粒的电中性、液体离子性质导致的自由电荷屏蔽、畴图案几何形状以及布朗运动对纳米颗粒沉积机制和沉积图案稳定性的影响。