КАРТОЧКА
ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ
Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Номер 14-12-00826
НазваниеЭкспериментальное и теоретическое исследование эффектов самоорганизации при формировании квазирегулярных микро- и нанодоменных структур в сегнетоэлектриках
РуководительШур Владимир Яковлевич, Доктор физико-математических наук
Организация финансирования, регион федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина", Свердловская обл
| Период выполнения при поддержке РНФ | 2014 г. - 2016 г. | , продлен на 2017 - 2018. Карточка проекта продления (ссылка) |
Конкурс№1 - Конкурс 2014 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований отдельными научными группами».
Область знания, основной код классификатора 02 - Физика и науки о космосе, 02-205 - Сегнетоэлектрики, диэлектрики, жидкие кристаллы
Ключевые словасамоорганизация, наноструктуры, ниобат лития, танталат лития, германат свинца, сегнетоэлектрики, доменная структура
Код ГРНТИ29.19.35
СтатусУспешно завершен
ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ
Аннотация
В настоящее время чрезвычайно актуально изучение физики фазовых превращений в сильнонеравновесных системах. Эта проблема вызывает особый интерес в связи с исследованием процесса самоорганизованного образования наноразмерных объектов («самосборки»), который является одним из наиболее важных направлений нанотехнологий. Решение этой проблемы имеет важное фундаментальное значение, поскольку изучение нелинейной динамики сильнонеравновесных сред открывает возможности для выявления законов эволюции разнообразных систем. При переключении поляризации вероятность зародышеобразования определяется локальной величиной суммарного электрического поля, являющегося движущей силой процесса. Эволюция доменной структуры в сегнетоэлектрических монокристаллах представляет собой исключительно удобный модельный процесс для исследования динамики распада сильнонеравновесных систем.
Проект направлен на решение фундаментальной научной проблемы физики неравновесных состояний, связанной с описанием процессов спонтанного формирования упорядоченных микро- и наноструктур при однородном воздействии.
Для решения поставленной проблемы будет проведено теоретическое и экспериментальное изучение эволюции сегнетоэлектрических микро- и нанодоменов при переключении поляризации в условиях неполного экранирования в монокристаллических пластинах модельных одноосных сегнетоэлектриков.
Поставленная задача представляет собой первое в мировой практике систематическое экспериментальное и теоретическое исследование процессов самоорганизации при формировании микро и нанодоменных структур в ряде модельных сегнетоэлектрических кристаллов с использованием комплекса взаимодополняющих методов микроскопии для визуализации доменов с высоким пространственным разрешением. Исключительную роль играет возможность контролируемого изменения в широких пределах характерного времени релаксации системы (постоянной времени экранирования деполяризующих полей при переключении поляризации). Будет проводиться оригинальное компьютерное моделирование эволюции микро и нанодоменных структур как следствие процессов зародышеобразования различной размерности в пространственно неоднородных электрических полях с учетом конкуренции различных механизмов экранирования.
Ожидаемые результаты
В ходе выполнения проекта планируется получить следующие основные результаты:
1) Закономерности формирования и роста самоупорядоченных нанодоменных ансамблей в сегнетоэлектрических кристаллах с модифицированным поверхностным слоем.
2) Результаты расчета пространственного распределения электрических полей вблизи доменной стенки при неполном экранировании с учетом наличия поверхностного диэлектрического зазора.
3) Механизмы и основные закономерности процесса формирования самоупорядоченной «широкой доменной границы» при движении доменной стенки.
4) Стадии образования дендритных доменных структур за счет эффектов ветвления и основные механизмы потери устойчивости формы движущейся доменной стенки.
5) Закономерности самоорганизованного формирования остаточных нанодоменных структур и заряженных доменных границ при переключении поляризации и модель для объяснения эффектов.
6) Модель для объяснения коррелированного зародышеобразования в условиях неэффективного экранирования деполяризующего поля.
7) Закономерности формирования квазирегулярных структур с учетом особенностей распределения переключающего поля и дальнодействующего взаимодействия растущих доменов цепей и лучей при запаздывании экранирования деполяризующих полей.
8) Особенности проявления эффектов самоупорядочения при формировании доменных структур в градиентном электрическом поле.
Большая часть результатов не имеет мировых аналогов.
Научная значимость полученных результатов определяется тем, что при выполнении проекта будут выяснены особенности процесса самоупорядочения в модельной системе, параметры которой будут контролируемо изменяться в широких пределах, с визуализацией процесса формирования микро и нано-масштабных упорядоченных структур с высоким пространственным разрешением.
Выявленные закономерности самоорганизованного формирования микро и нанодоменных структур позволят усовершенствовать методы создания регулярных доменных структур с субмикронными периодами и нанометровой точностью для нелинейно оптических преобразователей частоты лазерного излучения для создания эффективных и доступных источников лазерного излучения в видимом спектральном диапазоне для формирования цифрового изображения и копирования, биомедицинских применений, производства полупроводников, хранения данных, проекционного телевидения и многих других важных применений.
По результатам работы за три года планируется опубликовать главу в коллективной монографии в издательстве Springer, а также цикл из 11-ти статей в журналах Applied Physics Letters (импакт фактор 3,794), Journal of Applied Physics (импакт фактор 2,210) и Ferroelectrics (импакт фактор 0,415).
ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Аннотация результатов, полученных в 2014 году
Целью работы являлось экспериментальное и теоретическое исследование эффектов самоорганизации при формировании квазирегулярных микро- и нанодоменных структур в сегнетоэлектриках.
Выявлены закономерности формирования и роста самоупорядоченных нанодоменных ансамблей в пластинах ниобата лития с поверхностными слоями, модифицированными методами протонного обмена. Обнаружено, что кинетика доменной структуры в растущем поле в ниобате лития с поверхностным слоем, модифицированным оригинальной модификацией метода протонного обмена, представляет собой рост строго ориентированных доменных лучей. При превышении порогового поля происходит потеря устойчивости формы доменных стенок. Подобная кинетика доменной структуры получена в немодифицированных образцах ниобата лития и танталата лития при переключении поляризации в импульсном пироэлектрическом поле.
Выявлены основные закономерности формирования и роста самоупорядоченных нанодоменных ансамблей в пластинах ниобата лития и танталата л