שינויים בהתנהלות חשמלית במהלך שלב המעברים בחומרים פראואלקטריים

חומרים פרנואלקטריים הם סוג של מוצקות גבישיות המציגות קיטוב חשמלי ספונטני, אשר יכול להיות הפוך על ידי שדה חשמלי חיצוני, קיטוב זה נובע מ עקירת בצל בתוך הליטקטי, יצירת רגע דיפולציה נטו. מתחת לטמפרטורה אופיינית המכונה טמפרטורה של שינוי פונקציונליות (TLT:0CFLT:1), החומר מתאמץ aferatiroelectric עם שלב אלקטרו-מחזור חשמלי נמוך יותר של שינויים אלה.

ראשי התיבות של Ferroelectric Phase Transitions

מעברי שלב פראואלקטריים הם שינויים מבניים שבהם משתנה הסימטריה הקריסטלית, המוביל להופעת או להיעלמות של קיטוב ספונטני.המעבר הוא בדרך כלל סדר ראשון או השני, והוא לעתים קרובות מונע על ידי טמפרטורה, אבל זה יכול גם להיות מושרה על ידי לחץ, שדות חשמליים או מתח מכני.

סוגי מעברי שלב

שתי קטגוריות עיקריות של מעברי שלב פררואלקטריים מוכרות: דיספליגיות וסידורי סדר (במעבר לא מבוטל, שינוי האטומים ממעמד שיווי המשקל שלהם בשלב הסימטריה הגבוה.לדוגמה, ב- barium titanate (BaTiOFLT:03FLT:1), ה- titanium ion עובר מגובהו יחסית לחמצן המכוון שלו: 3Fronicortexate (בלטינית: 3)

טמפרטורה ותסמונת סימפמטים

הטמפרטורה הקלאריית היא הנקודה הקריטית שבה השלב המפואר הופך לשלב המפואראלקטרי. מעל TreaFLT:0CIRFLT:1, החומר אינו קוטבי ולעתים קרובות יש לו סימטריה גבוהה יותר (למשל, מעוקב אחר תחמוצות perovskite oxides) מתחת ל-TLT:2CFFF3LT 3, הסימטריה גבוהה יותר (למשל, מטריה של תאים חשמליים) או אטומיים, או אטומיים, או אטומיים, או אטומיים, או השפעה ישירה של תאים).

Landau-Ginzburg תיאור של שלב המעבר

(ה) תאוריה של לנדאו מספקת מסגרת תרמודינמית להבנת מעברים ferroelectric.האנרגיה החינמית מורחבת בכוחות של ה-CtleizationFLT:0PcioFLT:1, עם קידודים אשר הם פונקציות של טמפרטורה.עבור מעבר הזמנה שנייה, האנרגיה החינמית יכולה להיות מינימום יחיד ב-FLT:2PFLT 3=0 מעל TLTGERR:4CREERIQERR:

מנגנונים חשמליים ב-Foelectrics

מוליכות חשמלית בפירוטואלקטריות יכולה להתעורר מנושאות אלקטרוניות, מינים איטוניים, או שילוב של שניהם.המנגנון הדומיננטי תלוי פער הלהקה של החומר, טוהר, טמפרטורה ותנאים חיצוניים.

אלקטרוניקה

(ב) רחב פס-גפ ferroelectrics כגון BaTiOveofLT:030303030303030303GFLT 1 ולהוביל Zirconate titanate (PZT), מוליכים אלקטרונית פנימית אינה ניתנת להכחשה בטמפרטורת החדר.עם זאת, מינון או נוכחות של vacancies חמצן יכול להציג רמות תורמות או לקבל, המאפשרים Ntype או התנהגות של זרם אטומית (Fon) באופן משמעותי בין זרם ה-Fiftial) של זרם ה-R.

התנהגות איטונית

תחמוצות עוריות רבות מכילות vacancies (VirFLT:0OteauFLT:1FLT:2 ; ⁇ FLT 3:3), אשר תורמים ל מוליכות איטונית בטמפרטורות גבוהות.הריכוז והניידות של vacancies אלה רגישים למבנה הקריסטלי.

מעורבות וכימיה Defect

(בפועל, ferroelectrics רבים מציגים התנהגות אלקטרונית מעורבת (למשל, מופחת BaTiOphFLT:0303FLT:1) מראה הן אלקטרון והן חמצן חיסון לחמצן, הכימיה הפגומה מתוארת על ידי תגובות איזון כגון היווצרות של vacancies-pvcanness (התוצאה של vacanfer) והפחתה של TLTFLT:24+FLT 3 LT3 ל-TLT3, כדי LT3, לעומת זאת, כלומר, כלומר, כלומר, כלומר, כלומר, שינוי משמעותי של שינויים קלים, כתוצאה משינוי באפקטים אלה יכולים להיות בעל השפעה על ידי שינוי מינימלית של שינוי מינימלית של שינוי LT5, כיבוד חומרים אלה.

תגובות על Phase Transitions

אחת התצפיות הבולטות ביותר במחקר פררואלקטרי היא האנומליה ב מוליכות חשמלית ליד טמפרטורת המעבר של שלב.הצורה והגודל של אנמטיה זו תלויים בחומר, במצב הפגם שלה, ובתנאי המדידה.

⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇

רק מעל TigtureFLT:0) , תנודות קיטוב דינמי מופיעים כמו מערכת מתקרב המעבר.תנודות אלה ליצור שדות חשמליים מקומיים שיכולים לפזר ספקים, עלייה התנגדות מוגברת.בכמה חומרים, את רמות הדיסלקציה הנמוכות של ⁇ Flowed, המוביל לעלייה דרמטית ב- capacitance שיכולה לסווג את המדידות DC.comversely, את התנודות עשוי גם לעזור עם אפקט דינמי של ADDF3.

Polarization-Dependent Conductivity

(ב) ⁇ (ב) ⁇ (ב) ⁇ ) ⁇ (ב) ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ) ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇

השפעות Hysteresis

(המעבר לשלב הוא לעתים קרובות סדר ראשון, יש היסטריה תרמית: הטמפרטורה המעבר על חימום וקירור שונה.היסטריה זו משתרעת על עקומת ההתנהגות.על הקירור, החומר עשוי להישאר בשלב המפואר החשמלי מתחת לאפקט ההפיכה האלקטרומגנטי:0CFLT:1, וההתנהגות משתנה בהתאם, היסטריה באפקט המנצלי של האלקטרומגנטי (F2iOS) עצמה: LT5F2FR)

דוגמאות לחומרים קלאסיים של Ferroelectric

(ב) [13] ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇

(FLT:0Lead zirconate titanate (PZT): FLT:1 פתרונות סולידריות של PZT להציג גבול שלב מורפוטרופי שבו המבנה משתנה rhombohedral ל tetragonal. בגבול זה, תכונות dielectric ו- ⁇ חשמלי הם ממקסימים, ואת מוליכות גם מראה aomalies גבוה ב צפיפות PZue כדי להוביל פגמים חזקים כדי להוביל את המעבר, להוביל את הפגמים אלה.

(ב) [ה][דרוש מקור]] ב[[1924]]]] [[1924]]]]]] [[1924]]]]]] [[1924]]]]]]]] [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]] [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]] [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]] [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]] [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]] [[1924]]]]]]]]]]]]]] [[1924]]]] [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]] [[1924]]]]]] [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]] [[[[1924]]]]]] [[[[1924]]]]]]]] [[[[1924]]]]]] [[[[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]]]] [[[[1924]]]]]]]] [[[[1924]]]]]]]] [[[[[[[[1924]]]]

גורמים המשפיעים על התנהגות במהלך שלב המעבר

כמה פרמטרים משנה כיצד התנהגות מתנהגת כמו פררואלקטרי עובר מעבר שלב.הבנת גורמים אלה חיונית הן למדע בסיסי והן להנדסת מכשירים.

הגנה על ריכוז ותיקון

(החומרים החמצן הם הפגמים הפנימיים הנפוצים ביותר בפריואלקטריות חד-חמצני, ריכוזם ניתן לשלוט על ידי annealing בלחץ חלקי חמצן שונה; ריכוז גבוה יותר של ריקנות בדרך כלל מעלה את מוליכות האקונית, אך גם מציג את נושאות אלקטרוניות אם ה-Vicolatives) הם די רדודים (pvacanatives) ב-LV3F) ו-Flowecreatives (F) יכולים להיות יותר LTs) עם מגבלות (DV3) LTGV3.

שדה חשמלי חיצוני ו-Strin מכני

(ב) שדה חשמלי יישומי יכול לשנות את הטמפרטורה של מעבר שלב (אפקט אלקטרוקלאורי) וגם לשנות את הדינמיקה של קיטוב (TreaFLT:0CirFLT:1), שדה חזק יכול לגרום מעבר פראלקטרי-לפרואלקטרי אפילו מעל שלב אפס-שדה TFLT:2CFLT 3, אשר גם ישמר את מוליכות באופן דומה, מכני, או מ-Feptericericerd;

גרלין ברודור ומיקרו-מבנה

בדגימות פוליקליות, גבולות דגנים פועלים כחסמים מנוגדים בגלל שכבות ניכוי המטען והצטברות פגמים. במהלך מעבר שלב, המתח הלא מתאים בגבולות דגנים יכול ליצור שדות מתח מקומיים שמשנים את טמפרטורת המעבר בסביבת הגבול. זה תוצאות בנוף התנהגותי לא פגום במרחב, בנוסף, הנטייה של דגנים ביחס לשדה החשמלי משפיעה על המידות הממוצעות, כגון התנגשויות מיקרוגרפיים, במיוחד, או מוטציות גורמות לתפקוד גלקסיות.

שיטות מדידה ואפיון

רכישת השינויים ההתנהלותיים במהלך מעברי שלב דורש תכנון ניסיוני זהיר כדי להפריד את התגובה החומרית הפנימית מחפצים כגון התנגדות מגע וקוטב טעינה חלל.

המונחים: Spectroscopy

ספקטרום ספקטרום הוא הכלי החזק ביותר עבור deconמעורבות התרומות של גרגרי, גבולות דגנים, ממשקי אלקטרודה. על ידי מדידה של האימפולס המורכב על טווח תדר רחב (בדרך כלל 1 הרץ 1 1 Hz ל 1 MHz), ניתן לחלץ את הפונקציונליות הגדולה, ההתנגדות גבול דגנים, ואת הקבלנות בשלב המעבר, קבוע עובר שינוי גדול, אשר מופיע כמרכיב אופייני של tFDTR.

מדדי התנהגות DC

רק שתי נקודות או ארבע נקודות DC בדיקות יכול לעקוב אחר ההתנהלות כתפקוד של טמפרטורה.עם זאת, המדידות האלה יכולות להיות מושפעות על ידי הזרם הpyroelectric זורם כאשר הקיטוב משתנה עם טמפרטורה. כדי להימנע מחפץ זה, המדגם לעתים קרובות מותר להגיע איזון תרמי לפני כל מדידה, או את הטמפרטורות רמפה נשמר איטי.

תכונות של Structural Characterization

כדי להתייחס לשינויים מוליכות ישירות לאבולוציה מבנית, החוקרים משתמשים ב-Situ X-ray diffraction (XRD) או העברת מיקרוסקופיה אלקטרונים (TEM) תוך מדידה של תכונות חשמל. Synchrotron XRD יכול ללכוד את השינוי בפרמטרים lattice ואת המראה של השתקפות חדשה במעבר. in-situ TEM מאפשר הדמיה של תנועה וגירסת טכניקות אלה חשפו כי לעתים קרובות תפקוד דינמית.

השלכות טכנולוגיות ויישומים

היכולת לשלוט ולתפעל שינויים התנהגותיים במהלך מעברי שלב פותחת מסלולים למכשירים אלקטרוניים חדשים.

פרנואלקטרי לא-וולטולי זיכרונות (FeRAM)

תאי FeRAM מאחסנים נתונים בכיוון של קיטוב.קראט מסתמכים על חישה הנוכחית המיוצרת כאשר הקיטוב מופעל. Leakage הנוכחי - שהוא למעשה מוליכות DC - יכול לגרום לאובדן נתונים לאורך זמן אם זה הופך גבוה מדי.הבנת התנהגות של שלב מוליכות ליד TFLT:0CLT:1 הוא קריטי לתכנון FeRAM שיכול לפעול באופן אמין על פני טווח רחב מדי של מנגנונים חד-חמצני פעיל (השימוש מנגנונים חמצני) אשר הופך פעיל פחות מנגנונים שונים.

צומת מנהרות פראואלקטריות (FTJ)

FTJs מורכב ממחסום ferroelectric דק בין שני אלקטרודות מתכת.זרם מנהרה תלוי באופן אקספוננציאלי על גובה המחסום ורוחב, אשר נקבעים על ידי כיוון הקיטוב.במעבר שלב, שיאי הניטרליות, אשר יכול לשפר את יחס אלקטרורסיסטי מנהרה, אך ניתן להשתמש במעבר בין שתי מדינות מנוגדות נפרדות, המאפשר אחסון רב-ביטלימי הראה עבודה דומה עם אלקטרואקטיבית גבוהה יותר: 0-אופטימית, אך ניתן להשתמש בטמפרטורה גבוהה יותר עם LTC יעילה יותר, אך גבוהה יותר, אך גבוהה יותר, אך גבוהה יותר, אך גבוהה יותר, עם אטמוספירה.

חיישנים ו Actuators

חיישני Pyroelectric מודדים שינויים בטמפרטורה על ידי ניטור הזרם שנוצר על ידי התלות הטמפרטורה של קיטוב. Near TcioFLT:0CIRFLT 1; pyroelectric coefficient הוא מקסימלי, אבל מוליכות גם עולה, המוביל לשלב סחר-off בין רגישות ל-L-noise יחס. על ידי מינון או שימוש בפתרונות מוצקים, מהנדסים יכולים להתאים את הפסגות כדי להופיע בטווח נמוך יותר, תוך שמירה על יעילות דומה על פני מעבר איטי של חומרים אלה.

מושגים מתעוררים: סובלנות שלילית ומחשוב נוירומורפי

השפעות קיבול שליליות, הנובעות מהתגובה הטרנסנדנטלית של מעברים פררואלקטריים, נחקרות עבור טרנזיסטורים בעליל-הטווח הפועלים מתחת לגבול בולצמן.המפתח הוא הכניעה השלילית של הדחיסה השלילית המופיעה במהלך מעבר קיטוב, אשר ניתן לייצב על ידי שינוי דרמטי של הסדרה.

מחקר וכיוונים עתידיים

המחקר של שינויים התנהגותיים במהלך מעברי שלב פררואלקטריים נשאר שדה פעיל, עם הזדמנויות חדשות הנובעות מחומרים מתקדמים ושיטות אפיון.

חומרים הנדסה

החוקרים הם ferroelectrics עם מעברים שלב מותאם על ידי doping, substitution, והנדסת זנים.לדוגמה, הוספת zirconium ל BaTiOveFLT:030303uaFLT:1 מרחיב את השלב, מחלחלים לשלב ההתנהלותיות שלהם anomaly - נכס רצוי עבור מכשירים הדורשים מוליכות יציבה על טווח טמפרטורה, מעבר חד משמעי מאפשר החלפת סרטים שונים של ספקטרום.

Multiferroics ו-Partd Properties

חומרים רב-פרורויים המשלבים את הפריוטוטי עם פררומנטיות (למשל, BiFeOFLT:0.303FLT:1) מציעים את האפשרות לשלוט מוליכות עם שדות מגנטיים.בשלב, הפרמטרים של הוראה משותפת יכולים להוביל לאנומליות הן תכונות דיאלקטריות והן מגנטיות, אשר בתורם משפיעות על מגנטיות התנהגותית זה לעתים קרובות נשלטת על ידי תאים מגנטיים, אשר נשלטים על ידי שינוי מגנטיים, על ידי תאים מגנטיים, אשר יכולים להוביל לאפקטים גדולים של תאים מגנטיים, אשר נשלטים, אשר יכולים להוביל לאפקטים על ידי תאים מגנטיים, אשר נשלטים על ידי שינוי מגנטיים, אשר נשלטים על ידי תאים מגנטיים, אשר יכולים להוביל לאפקטים על ידי שינוי מגנטיים, אשר יכול להוביל לאפקטים על ידי תאים מגנטיים על ידי תאים מגנטיים, אשר נשלטים על ידי תאים מגנטיים, אשר נשלטים על ידי שינוי מגנטיים, אשר יכול לעתים קרובות על ידי תאים מגנטיים על ידי תאים מגנטיים על ידי שינוי מגנטיים על ידי תאים מגנטיים, על ידי שינוי מגנטיים, אשר יכול להוביל לאפקטים, על ידי שינוי מגנטיים על ידי שינוי מגנטיים על ידי שינוי מגנטיים על ידי תאים מגנטיים על ידי תאים

Nanoscale Ferroelectrics

ב- nanoscale, אפקטים בגודל הופכים חשובים.טמפרטורת המעבר של שלב ניתן לדכא nanoparticles או סרטים אולטרה-אין בשל שדות deקוטב ואנרגיה פני השטח.ההתנהלות ליד המעבר מראה גודל חזק כי ההתפלגות הפגם והחלפת נושאות. לדוגמה, ב- BaTiOFLT:03FLT:1 חלקיקים קטנים יותר מ 50m, מוליכות מוליכים אנמולידיים וטמפרטורות אולטרה-דלקתיות אלה.

Machine Learning for Property Prediction

למידת מכונה (ML) מוחלת על מנת לחזות את התנהגות ההתנהגות של ferroelectrics המבוססת על הרכב והמבנה.על ידי אימון על נתונים ניסיוניים, מודלים ML יכולים לזהות אילו dopants ו-שלבי מעבר הם כנראה נכנעים דליפים נמוך או רגישות טמפרטורה גבוהה. גישה זו מאיצה את גילוי חומרים חדשים עבור יישומים ספציפיים.

מסקנה

מוליכות חשמלית לחומרי מעבר צומת קשורה קשר אינטימית למעברי שלב שלהם.כפי שמבנה הקריסטל מתפתח ממטמים חשמליים לסימטריה היקפית, ניידות וריכוז של נושאי מטען – בין אם אלקטרונית או איטוניים – שינויים אופייניים במושגים אלה להעמיק כמו חריגות בהתנהגויות ליד TFLT:0CFLT:1, מונעים על ידי שינויים קריטיים, מיקרוסקופיים, כגון גירויים, וטכניקות של גירויים, כגון גירויים.

(ב) [ה] [ה]]: [ה] [ה]] [ה]] [ה]] [ה]]: [ה] [ה]]] [ה]]]] [ה']]: [ה'] [ה'], [ה'] [ה']: [ה'[ה']']'[ה']']'[ה'[ה']']']'[ה']']'[ה'[ה']']'[ה'[ה'[ה'[ה'[ה'[ה']']']'[ה'[ה']'[ה']']']']'[ה']']'[ה'[ה'[ה']']']']']']'[ה'[ה']']'[ה'[ה'[ה']']'[ה'[ה']']'[ה'[ה']'[ה']']'[ה']']'[ה'[ה'[ה'[ה'[ה