Проект направлен на решение одной из фундаментальных проблем физики конденсированного состояния, связанной с изучением особенностей кинетики доменной структуры при переключении поляризации в сегнетоэлектриках. Кроме того, проект направлен на развитие одного из наиболее перспективных научных и технологических направлений – доменной инженерии, которая занимается разработкой методов создания стабильных сегнетоэлектрических доменных структур с заданными параметрами для изменения не только сегнетоэлектрических свойств, но и связанных с ними пьезоэлектрических, пироэлектрических и диэлектрических свойств. Ожидается, что развитие доменной инженерии и изготовление доменных структур с субмикронными периодами позволит создать новые устройства на основе новых безсвинцовых сегнетоэлектриков, но реализация предполагаемых достижений требует дополнительных исследований.
Предметом данного исследования были выбраны монокристаллы релаксорного одноосного сегнетоэлектрика ниобата бария-стронция (SBN). В настоящее время рассматривается возможность использования данных кристаллов с периодической доменной структурой для преобразования частоты оптического излучения в режиме фазового квазисинхронизма, генерации второй гармоники и оптического параметрического усиления. Для создания кристаллов с регулярной доменной структурой необходимо глубокое понимание особенностей кинетики доменов в процессе переключения поляризации. Хотя исследованию монокристаллов ниобата бария-стронция посвящено большое количество публикаций, эволюция доменной структуры в этом материале изучена слабо. Кроме того, в мире до сих пор не сформирован единый теоретический подход для описания релаксорных сегнетоэлектриков – остается открытым вопрос о том, следует ли рассматривать релаксорное состояние, как поведение дипольных стекол или как совокупность полярных и неполярных нанообластей.
Основная цель проекта – исследовать особенности формирования микро- и нанодоменных структур при переключении поляризации в монокристаллах ниобата бария-стронция для фундаментального понимания природы релаксорных сегнетоэлектриков и развития микро- и нанодоменной инженерии.
Будет проведено комплексное исследование эволюции микро- и нанодоменных структур при переключении поляризации в монокристаллах ниобата бария-стронция, используя методы сканирующей зондовой, электронной, оптической, конфокальной Раманоской микроскопии, а также анализ интегральных характеристик. На основе комплексного исследования эволюции доменной структуры будут разработаны методы создания доменной структуры заданной конфигурации с целью дальнейшего использования полученных структур в устройствах нелинейной оптики.
В ходе работы над проектом будут решены следующие основные задачи:
1. Разработка и апробация методов создания монодоменного состояния в монокристаллах SBN.
2. Комплексное исследование локального переключения поляризации зондом сканирующего зондового микроскопа в монокристаллах SBN с разной исходной доменной структурой.
3. Комплексное исследование переключения поляризации в монокристаллах SBN с разной исходной доменной структурой в результате локального облучения пучком электронов и ионов средних энергий.
4. Исследование доменных структур в объеме монокристаллов SBN, используя конфокальную Рамановскую микроскопию и генерацию второй гармоники по типу Черенкова, и проведение реконструкции кинетики доменной структуры.
5. Комплексное исследование эволюции доменной структуры монокристаллов SBN при переключении поляризации с помощью визуализации мгновенных доменных конфигураций методами оптической микроскопии и одновременной регистрации токов переключения.
6. Исследование стабильности доменной структуры, сформированной при переключении поляризации, с течением времени и при изменении температуры, используя силовую микроскопию пьезоэлектрического отклика.
7. Исследование влияния доменной структуры на диэлектрические и пьезоэлектрические свойства монокристаллов SBN.
8. Разработка и апробация методов создания микро- и нано-доменных структур заданной конфигурации в монокристаллах SBN.
