证明均匀介质内部的极化电荷体密度 含均匀介质铁电双层膜介电极化率的特性

张金华 张芹

摘 要：在热力学唯象理论微观理论和微观理论的指导下，人们在探求和制造铁电双层膜时，首要经过三个铁电薄膜的特性研讨：居里温度、介电常数和自发极化。其首要特性是剩下极化增大[1]、高介电反响[2]、低损耗和高击穿电场[3]、多个电滞回路[4]等等。在Ginzburg-Landau-Devonshire（GLD）理论框架下，经过引进两个参量 和γ，研讨含有均匀介质铁电双层膜系统中的均匀介电极化率随各个参量的改动联系曲线。经过剖析得出，使铁电薄膜系统能够处于铁电相的首要原因是，铁电双层膜中两个薄膜层间的彼此效果，即铁电间界耦合。铁电双层膜的均匀介电极化率会随温度会有失常改动的特性，改动曲线也会呈现上移或许平移的状况，曲线的形状也会由尖到滑润，当温度等于居里温度时，就会得到的铁电双层膜介电极化率的极大值，研讨还对不同参量的改动，能够对引起的铁电双层膜介电极化率改动曲线的移动状况加以阐明。信任对此项课题的研讨，能够不断地丰厚和充分，现有对铁电薄膜范畴的研讨。

关键词：铁电双层膜 均匀介电极化率 直接耦合

一、理论模型

1.铁电双层膜模型

在研讨的铁电双层膜是外表过渡层夹在两个金属板电极之间，铁电双层薄膜的双层由均匀的介质组成，两层的厚度别离是和，双层膜的总厚度为L，有L=+。当铁电双层膜沿Z 轴的正方向的两层的极化强度笔直薄膜外表层一和层二处于单畴态时，均匀的外表与膜平行，这样树立模型，有利于对铁电双层膜的物理性质进行研讨。

二、铁电双层膜均匀介电极化率特性

（一）间界耦合对铁电双层膜均匀介电极化率的影响

1.不同外表过渡层Ls下，均匀介电极化率χ与间界耦合系数j的改动联系

当外表过渡层Ls的逐步减小时，外表自由能随方位改动的速度不变时，均匀介电极化率χ随间界耦合系数的曲线显着下降，均匀介电极化率随外表过渡层的添加而升高。因而，间界耦合效果和外表过渡层之间存在彼此限制的效果。从均匀介电极化率改动曲线能够看出，随直接耦合系数添加，外表过渡层减小时，曲线趋于陡峭。

2.不同参量λ和外表过渡层Ls下，均匀介电极化率χ随间界耦合系数j改动的联系

为更好的研讨直接耦合和外表过渡层对铁电双层膜的竞赛效果，引进外表自由能随方位改动的速度λ。当λ=0.3到λ=0.4时，铁电体双层膜的均匀介电极化率随间界耦合系数的增大而减小，随外表过渡层Ls的增大而减小，随外表自由能随方位改动的速度λ的增大而减小。

3.不同双层膜厚度L下，均匀介电极化率χ随间界耦合系数j改动的联系

取t=0.6，η=1，γ=1.2，Ls=0.8，铁电双层膜系统的均匀介电极化率随铁电双层膜厚度的逐步增大而下降，随间界耦合系数的增大而下降。因而，铁电双层膜的厚度和直接耦合系数均能起到下降系统中的介电极化率的效果。当双层膜和间界耦合系数较大时，即j=0.425时，系统中的均匀介电极化率值为7.106.且四条曲线交于一点，其间虚线表明体资料结构膜的均匀介电极化率，当j<4.25时，铁电双层膜的介电极化率高于体资料结构膜的介电极化率。当铁电薄膜的厚度越薄时，铁电双层膜的介电极化率远高于体资料结构的介电极化率，而此刻的间界耦合系数越小，系统中的直接耦合效果越小。当j>0.4.25时，间界耦合系数逐步增大，间界耦合效果变强，铁电双层的介电极化率跟着膜厚的减小而下降，其值小于体资料结构膜的介电极化率。

4.不同参量γ下，铁电双层膜的均匀介电极化率χ与间界耦合系数j的联系

研讨当参量α别离取0.3，0.5和1.2时，不同参量γ下，铁电双层膜的均匀介电极化率与间界耦合系数之间的联系。当α=0.3时，参量等于1.3 ，1.4的两条曲线相交于两点，所对应的j=0.406和0.548，介电极化率的值为11.7036和7.7658.而当参量α由0.5增大到1.2后，交点变为一个且沿横坐标向右移动，阐明当参量α逐步增大时，系统中的功能差异越大，然后导致曲线的移动。

5.不同参量下，均匀介电极化率χ与直接耦合耦合系数j改动的联系

在参量γ不一起，不同参量下，铁电双层膜的均匀介电极化率χ与界面耦合系数的联系，从图中能够剖析得出，铁电双层膜的均匀介电极化率随参量α的增大而升高，随参量γ的增大而下降，因而得出，假如直接耦合系数逐步增大，系统中的直接耦合效果增强，系统中的介电极化率也随之下降，不利于铁电双层膜的铁电性。这样一起也下降了铁电双层膜的相变温度，直到系统处于饱满状态，无论如何改动外加电场的巨细，也无法改动均匀介电极化率的凹凸。随参量γ的逐步增大，在直接耦合的效果下，系统中的介电极化率的改动曲线逐步趋于陡峭。为了使铁电双层膜具有极高的铁电性，便能够将参量的取极大值，这样铁电层1的相变温度与铁电层2的温度的比值会偏小，不利于铁电体处于铁相变。

结语

在Ginzburg-Landau-Devonshire（GLD）理论的指导下，研讨了含均匀介质铁电双层膜的均匀介电极化率随参量γ，参量α，系数λ，外表过渡层Ls以及铁电双层膜厚度L的改动过程中，物理特性的改动及散布状况。经过剖析得出以下定论，

（1）铁电薄膜系统之所以能够更好地处于铁电相，首要缘于铁电双层膜中两个薄膜层间的彼此效果，也就是铁电间界耦合。

（2）随间界耦合系数j的增大，相变温度差异参量γ，外表过渡层Ls和外表自由能随方位改动的速度λ会下降铁电体双层膜的均匀介电极化率。可是，间界耦合系数和外表过渡层一起对铁电双层膜效果时，二者存在彼此竞赛效果。到达饱满时，对铁电双层膜的均匀介电极化率的效果是相同的。

综上所述，经过改动含均匀介质铁电双层膜系统中的部分参量，得到了均匀介电极化率的特性，期望能够丰厚和充分铁电薄膜范畴的研讨。

参考文献

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[2]Osamu Nakagawara， Toru Shimuta， Takahiro Makino， Seiichi Arai， Hitoshi Tabata and Tomoji Kawai. Epitaxial growth and dielectric properties of （111） oriented BaTiO3 /SrTiO3 superlattices by pulsed-laser deposition. Appl. Phys.Lett. 2000， 77： 3257-3259.

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