Проект направлен на решение фундаментальной проблемы физики неравновесных состояний связанной с движением фазовых границ в существенно гетерогенной системе. В качестве модельного процесса будет исследоваться рост сегнетоэлектрических доменов (монодоменных областей) в одноосных сегнетоэлектриках из исходного полидоменного состояния, включающего микро- и нанодоменные структуры. Известно, что рост сегнетоэлектрических доменов в процессе переключения поляризации может рассматриваться как аналог фазового перехода первого рода, где растущий домен играет роль новой фазы. Научная значимость планируемых исследований определяется тем, что будет исследована эволюция сложной «широкой» границы, разделяющей однофазную и гетерофазную области, в модельной системе, параметры которой будут контролируемо изменяться в широких пределах, с визуализацией образовавшихся структур как на поверхности так и в объёме с высоким пространственным разрешением.
Для решения поставленной проблемы будет проведено исследование особенностей движения «широкой» доменной стенки и роста доменов на полярных и неполярных срезах монокристаллов одноосных сегнетоэлектриков с микро- и нанодоменной структурой. Будут решаться следующие конкретные задачи.
1. Разработка методов создания приповерхностных квазирегулярных микро- и нанодоменных структур в монокристаллах ниобата лития и танталата лития.
2. Исследование особенностей формирования и роста доменов в монокристаллах ниобата и танталата лития с искусственно созданной микро- и нанодоменной структурой
а) в результате облучения сфокусированным электронным пучком и при переключении в однородном поле в образце с регулярной доменной структурой
б) в результате облучения сфокусированным электронным пучком и при переключении в однородном поле в образце с приповерхностной
квазирегулярной доменной структурой
3. Исследование особенностей роста доменов в монокристаллах релаксорного сегнетоэлектрика ниобата бария-стронция с исходной нанодоменной структурой
а) исследование закономерностей формирования и эволюции широкой доменной границы при локальном переключении поляризации
б) исследование роста доменов на полярной поверхности при локальном переключении поляризации
в) исследование роста доменов в объёме при локальном переключении поляризации
г) исследование возможностей создания доменов с произвольной ориентацией доменных стенок при переключении поляризации сфокусированным электронным пучком и системой электродов
4. Исследование особенностей роста доменов при локальном переключении поляризации на полярном и неполярном срезах кристаллов с объёмной лабиринтовой микродоменной структурой
а) в монокристаллах триглицинсульфата
б) в монокристаллах германата свинца
5. Моделирование роста доменов в кристалле одноосного сегнетоэлектрика с исходной микро- и нанодоменной структурой
а) с лабиринтовой структурой
б) с изолированными доменами
6. Разработка научных основ метода изготовления на основе монокристаллов ниобата бария-стронция
а) управляемых электрическим полем дифракционных оптических элементов
б) управляемого электрическим полем фотонного кристалла
7. Разработка рекомендаций по улучшению методов создания регулярных доменных структур за счёт формирования приповерхностной квазирегулярной микро- и нанодоменной структуры.
В существующей на данный момент парадигме управления сегнетоэлектрической доменной структурой как для фундаментальных исследований так и для практических применений, принципиальным считается использование в качестве исходного состояния монодоменного образца. В данной работе предлагается принципиально другой подход к проблеме, основанный на использовании полидоменного состояния в качестве исходного. При этом рост домена в этом случае будет по-сути представлять собой рост монодоменной области в полидоменной матрице.
Планируемые исследования эволюции доменной структуры при переключении поляризации в одноосных сегнетоэлектриках с микро- и нанодоменной структурой и разработка методов подавления слияния соседних растущих доменов и создания доменов с произвольной ориентацией доменных стенок представляют значительный интерес для развития доменной инженерии и инженерии доменных стенок. Планируемые исследования позволят улучшить качество и уменьшить период создаваемых регулярных доменных структур для создания нового поколения высокоэффективных нелинейно-оптических элементов преобразования частоты лазерного излучения, создать на основе кристаллов ниобата бария-стронция дифракционные оптические элементы для устройств компактной «плоской» оптики и фотонные кристаллы с управляемым положением запрещённой зоны.