人工晶体学报

作者：李昊晴, 苏煜

单位：北京理工大学宇航学院,北京 100081

关键词：铁电薄膜,相场方法,钛酸钡纳米单晶薄膜,金兹堡-朗道方程,频率效应,失配应变,

基金：国家重点研发计划(2023YFF0616800);国家自然科学基金(12172046)

铁电薄膜的工作电场加载频率及基底失配应变可影响微观畴结构形态和材料宏观铁电性能。本文利用相场模拟方法分别研究了在-0.1%、-0.7%的失配应变下,0.1~100 kHz频率范围内BaTiO3纳米单晶薄膜的铁电性能变化规律。研究发现,随着外加电场频率的增大,薄膜电滞回线由四方形向椭圆形转变,标准蝶形曲线向腰果形曲线发生改变。在50 kHz以下的低频段,矫顽场随频率增加而快速升高,但剩余极化强度变化幅度不大;而在50 kHz以上的高频段,矫顽场随频率增加略有升高,剩余极化强度则呈下降趋势。在低频段下铁电性能的频率依赖性受失配应变的影响较大,而在高频段下则对失配应变不敏感。同时发现,压缩失配应变可导致剩余极化及矫顽场显著升高,而拉伸应变的效果相反。分析表明,BaTiO3纳米单晶薄膜铁电性能的频率依赖性源自内部微结构演化速度与外电场施加速率的相互竞争。本研究可为铁电功能薄膜材料的实验设计提供理论基础,为其在高频电子器件中的应用提供有力支撑。

来源：2024年第7期

《人工晶体学报》期刊编辑部

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