Transcript 順電性

Giant Flexoelectric Effect
in Epitaxial Thin Films
PRL 107, 057602 (2011)
D. Lee, A. Yoon, S.Y. Jang, J.-G. Yoon,
J.-S. Chung, M. Kim, J. F. Scott, and
T.W. Noh
報告: 張立韻
指導老師: 梁君致老師
壓電效應(piezoelectric effect)
 材料中一種機械能與電能互換的現象
 當壓縮或拉長某些固體(壓電材料)，其產生內部電場
撓曲電效應(flexoelectric effect)
 探討藉由伸展材料其原子結構而產生電場。
形變梯度(Strain gradient)
 在x=x0+dx時的形變量u(x0+dx)和x=x0時的形變量
u(x0)之間的變化率
 𝝏𝒖/𝝏𝒙
居禮溫度(Tc)
 T<Tc

=> 晶體中心不具對稱性(鐵電性)
T>Tc => 晶體中心對稱無自發極化(順電性)
鐵電材料
 自發極化的特性
 微觀角度
=>晶域的電偶極方向一致
 宏觀角度測量電性
=>電滯曲線
 相變溫度(Tc)
=>鐵電相轉為順電相
鈥錳氧(HoMnO3 )
 為六角晶系結構
 鐵電材料(Tc
≈ 875K ,剩餘極化 P ≈ 5.6𝝁C cm2 )
晶格常數(Lattice constant)
 固體中原子排列整齊
 單位晶胞=>重覆排列的部分
 晶格常數=>單位晶胞的邊長
 原子愈大=>晶格常數愈大
空缺
晶格匹配
布拉格定律(Bragg’s Law)
nλ = 2d sin θ
λ為X-光波長
d為層距
θ為繞射角度
n為正整數
X光繞射(X-ray diffraction)
掠角X光繞射法(GIXRD)
穿透式電子顯微鏡(TEM)
 高能電子束（約100keV~1MeV）
 樣品厚度低於100nm以下
 產生直射或散射電子
 通過透鏡組和透鏡光圈
 明暗對比影像、繞射圖案
 樣品結構與晶體結構
撓曲電係數(flexoelectric constant)
 在固體中，撓曲係數相當小(i.e.,f~e/a)
 e:電子電荷
 a:晶格常數
 HMO350:在鍍HoMn𝑶𝟑 時通入氧氣𝑷𝑶𝟐 =350
mTorr
 HMO10:在鍍HoMn𝑶𝟑 時通入氧氣𝑷𝑶𝟐 =10 mTorr
 HMO350
(c=11.337 )
 Bulk
(c=11.406 )
 HMO10
(c=11.575 )
基板:
3.5%Pt(111)/
Al2 O3 (0006)
平面間平均伸長形變量
L:穿透深度
Z:與薄膜表面距離的函數
 Es:內電場
 e:電子電荷
 𝜺𝟎 :真空中介電常數
𝝏𝒖

:形變梯度
𝝏𝒛
室溫下
HMO10=>
Es=0.7MVm−1
HMO350=>
Es=5.0MVm−1
HoMnO3 薄膜=>
鐵電 矯頑電場
~40MVm−1
 𝜶:晶域向上寬度
 𝜷:晶域向下寬度
 𝜶/𝜷:平均晶域
寬度比
總結
 藉由改變氧氣壓力使形變梯度改變，隨著撓曲
電效應的變化能影響極化曲線和晶域結構
未來發展
 這類的材料能更有效運用在奈米科技
 如奈米等級的感應器、致動器、馬達、記憶體等
參考資料
 林麗娟，”X光繞射原理及其應用”工業材料86期
 國家奈米元件實驗室“奈米通訊第15卷”
 國科會高瞻自然科學教學資源
“X-光繞射(X-ray diffraction)與布拉格定律(Bragg’s Law)”
 近角聰信著，張煦、李學養譯“磁性物理學”
 國家實驗研究院“鐵電材料之特性與應用”
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