Defektgetriebene flexochemische Phänomene in ferroischen Materialien

Ein phänomenologischer theoretischer Ansatz

28.12.2020 von Y. Genenko

Dieser Übersichtsartikel konzentriert sich auf die phänomenologische Beschreibung des Einflusses elastischer Defekte auf die elektrophysikalischen Eigenschaften von nanoskaligen ferroelektrischer Materialien. Unter Verwendung des phänomenologischen Ansatzes von Landau-Ginzburg-Devonshire betrachten wir den Beitrag der elastischen Defekte (z. B. neutrale Sauerstoffleerstellen) zu den Phasenübergangstemperaturen, Phasendiagrammen, piezoresistiven, dielektrischen und polaren Eigenschaften dünner ferroelektrischer Filme und Nanopartikel. Besonderes Augenmerk legen wir auf die Rolle des flexoelektrischen Effekts, der Vegard-Dehnungen und -Spannungen, einschließlich ihrer Synergie, die als flexochemische Kopplung bezeichnet wird, sowie auf die defektbedingten Phänomene in Nanoferroics. Wir untersuchen den Einfluss der Migration mobiler geladener Defekte (z. B. Drift und Diffusion von Kationen oder Leerstellen von geladenem Sauerstoff) auf die Domänenstrukturentwicklung in dünnen ferroelektrischen Filmen. Wir diskutieren auch die Möglichkeiten der selbstorganisierten Ordnung ungeladener elastischer Defekte in dünnen verspannten Oxidfilmen und zeigen, dass eine thermodynamisch stabile ungeordnete Phase, räumlich modulierte Phasen und langreichweitig geordnete Phasen mit Defektschichten parallel oder senkrecht zur Substratebene möglich sind erscheinen im Phasendiagramm in Abhängigkeit von der Film-Substrat-Fehlanpassungsdehnung, der Konzentration elastischer Defekte und den Vegard-Koeffizienten. Da die langreichweitig geordneten ferroischen Phasen multiferroisch werden können, wenn einige elastische Dipole zu elektrischen werden, eröffnen die erhaltenen Ergebnisse den Weg zur Erzeugung und Steuerung fehlerhaft geordneter Überstrukturen durch Auswahl eines geeigneten Substrats und einer Defektkonzentration in dünnen ferroischen Filmen.