Аннотация результатов, полученных в 2019 году
Проект направлен на решение фундаментальной научной проблемы физики неравновесных состояний, связанной с изучением и описанием эволюции структур, включающих существенно разномасштабные по времени процессы. В качестве модельного объекта была рассмотрена эволюция формы доменов, включающая кинетику сверхбыстрых доменных стенок, в процессе переключения поляризации в сегнетоэлектрических монокристаллах ниобата лития. В ходе выполнения проекта получены следующие основные результаты. Выявлены основные экспериментальные условия, при которых возникают сверхбыстрые доменные стенки в монокристаллах ниобата лития конгруэнтного состава при переключении в однородном поле из исходного монодоменного состояния. Показано, что во всем исследованном диапазоне полей сверхбыстрые доменные стенки возникают в процессе слияния доменов. При этом доля площади, переключенная за счет движения сверхбыстрых стенок, составляет более 80% от всей переключенной площади, что говорит о том, что движение именно этого типа стенок играет доминирующую роль в процессе переключения поляризации. Проведена классификация основных типов слияния доменов на основе образующихся вогнутых углов. Предложены геометрические параметры и созданы с использованием методов фотолитографии домены специальной Х-образной формы, содержащие все основные типы вогнутых углов, в которых формируются сверхбыстрые доменные стенки. Измерение экстремумы на кинетической диаграмме Вульфа за счет анализа кинетики сверхбыстрых доменных стенок при переключении доменов Х-образной формы. Определены три широких глобальных максимума, определяющих движение доменных стенок при слиянии доменов в вогнутых углах 60° и 120° в Y+ направлении; шесть локальных максимумов и три локальных минимума, определяющих движение доменных стенок в вогнутом угле 120° в Y- направлении; а также шесть глобальных минимумов, определяющих форму изолированных доменов. Измерена зависимость скорости сверхбыстрых доменных стенок от величины внешнего поля. Показано, что скорости для всех типов стенок следуют активационной полевой зависимости с одинаковым значением поля смещения. Установлены закономерности взаимосвязи между движением сверхбыстрых доменных стенок и формой пиков в токе переключения (импульсов Баркгаузена). Показано, что импульсы Баркгаузена соответствуют движению короткоживущих сверхбыстрых доменных стенок, сформированных в процессе слияния доменов. Процессы слияния, а также соответствующие им импульсы Баркгаузена, классифицированы по совокупности вогнутых углов, образованных при слиянии. Показано, что аппроксимация токов переключения, основанная на расчете движения основных типов сверхбыстрых доменных стенок, позволяет измерять скорости сверхбыстрых стенок с точностью, превосходящей точность метода in situ визуализации (прямого наблюдения).

Аннотация результатов, полученных в 2020 году
Проект направлен на решение фундаментальной научной проблемы физики неравновесных состояний, связанной с изучением и описанием эволюции структур, включающих существенно разномасштабные по времени процессы. В качестве модельного объекта была рассмотрена эволюция формы доменов, включающая кинетику сверхбыстрых доменных стенок, в процессе переключения поляризации в сегнетоэлектрических монокристаллах ниобата лития. В ходе выполнения проекта получены следующие основные результаты. Выявлены основные экспериментальные условия при которых возникают сверхбыстрые доменные стенки в монокристаллах ниобата лития стехиометрического состава (SLN), в легированных 5 мол.% оксида магния монокристаллах ниобата лития конгруэнтного состава (MgOCLN) и в легированных 1.3 мол.% оксида магния монокристаллах ниобата лития стехиометрического состава (MgOSLN) при переключении в однородном поле из исходного монодоменного состояния. Проведена классификация основных типов слияния доменов на основе образующихся вогнутых углов (60°, 120° ориентированный в направлении Y+, 120° ориентированный в направлении Y-). В кристаллах SLN, MgOCLN и MgOSLN экспериментально измерена зависимость скоростей доменных стенок от их ориентации (кинетическая диаграмма Вульфа). Определены три широких глобальных максимума, соответствующих движению сверхбыстрых доменных стенок и определяющих эволюцию доменной структуры при слиянии доменов в вогнутых углах 60° и 120° в Y+ направлении; шесть локальных максимумов, соответствующих движению быстрых доменных стенок, и три локальных минимума, определяющих эволюцию доменной структуры в вогнутом угле 120° в Y- направлении; а также шесть глобальных минимумов, определяющих форму изолированных доменов. В кристаллах SLN измерено самое высокое значение скорости сверхбыстрой стенки среди кристаллов семейства ниобата лития, достигающее 7 м/c. В кристаллах SLN, MgOCLN и MgOSLN установлены закономерности взаимосвязи между движением сверхбыстрых доменных стенок и формой пиков в токе переключения (импульсов Баркгаузена). Показано, что импульсы Баркгаузена соответствуют движению короткоживущих сверхбыстрых доменных стенок, сформированных в процессе слияния доменов. Показано, что аппроксимация импульсов Баркгаузена, основанная на расчете движения быстрых и сверхбыстрых доменных стенок, позволяет измерять скорости этих стенок с точностью, превосходящей точность метода in situ визуализации (прямого наблюдения). В кристаллах SLN, MgOCLN и MgOSLN измерена зависимость скорости сверхбыстрых доменных стенок от величины внешнего поля. Показано, что скорости для всех типов стенок следуют активационной полевой зависимости с одинаковым значением внутреннего поля смещения для каждого из материалов. На основе сравнительного анализа измеренных диаграмм Вульфа и полевых зависимостей скоростей доменных стенок в кристаллах ниобата лития конгруэнтного состава, в SLN, MgOCLN и MgOSLN выявлены общие закономерности формирования и кинетики сверхбыстрых доменных стенок в монокристаллах семейства ниобата лития. (1) В кристаллах семейства ниобата лития образуется только три типа неэквивалентных с точки зрения симметрии углов: угол 60°, угол 120° ориентированный в Y+ направлении и угол 120° ориентированный в Y- направлении. (2) Во всех представителях семейства кристаллов ниобата лития при слиянии доменов образуются одни и те же типы быстрых и сверхбыстрых доменных стенок: дугообразная сверхбыстрая доменная стенка со средней ориентацией параллельной Х оси и движущаяся в Y+ направлении в углах 60 и 120Y+ и две эквивалентные с точки зрения симметрии быстрые доменные стенки, отклонённые от оси X на угол около 15°, и движущиеся приблизительно в Y- направлении в угле 120Y-. (3) Полевые зависимости скоростей доменных стенок в кристаллах семейства ниобата лития подчиняются активационному типу зависимости. При этом наиболее существенное влияние на скорости стенок оказывает именно легирование оксидом магния, а не приведение состава к стехиометрическому. Показано, что легирование приводит к увеличению разницы между скоростями быстрых и сверхбыстрых доменных стенок и уменьшению разницы между скоростями сверхбыстрых и медленных доменных стенок. Обнаруженная меньшая разница между скоростями сверхбыстрых и медленных доменных стенок в легированных кристаллах делает эти кристаллы более предпочтительными для периодического полинга, так как в случае нежелательного слияния соседних полосовых доменов уменьшается вероятность их полного слияния до окончания процесса полинга (с учётом того, что образовавшаяся в этом случае сверхбыстрая доменная стенка будет дополнительно замедлена за счёт движения в области без электрода). Проведено компьютерное моделирование эволюции доменной структуры в процессе слияния доменов. Моделирование проводилось методом фиксации уровня (level set) в двухмерном пространстве на основе измеренных кинетических диаграмм Вульфа. Показано, что изолированный круглый домен в процессе эволюции приобретает шестиугольную форму со стенками,параллельными Y оси и движущимися в Х кристаллографических направлениях (медленные доменные стенки). Показано, что при слиянии двух шестиугольных доменов образуются те же быстрые и сверхбыстрые доменные стенки, что и наблюдались экспериментально. Полученная в результате компьютерного моделирования эволюция доменной структуры качественно соответствовала экспериментально наблюдаемым сценариям.