【文章內(nèi)容簡介】 6。 C RS,180176。 , 20176。 C – 2 – 10 22 ?102 2 – 4 ?103 6 ?105 ?104 49 鐵電疇的觀察 Domain Observation 觀察電疇結(jié)構(gòu)的方法有許多種，其中常見的有以下幾種。 光學(xué)技術(shù)、電子顯微鏡觀察、酸腐蝕技術(shù) 、粉末沉淀法、液晶顯示技術(shù) 熱電技術(shù)、 x射線技術(shù)和凝霧法等來研究電疇 50 粉末沉淀法 利用絕緣液中某些有顏色的帶電粒子的沉淀位置來顯示出疇結(jié)構(gòu)。比如，黃色的硫和紅色的氧化鉛（ Pb3O4） 粉末在乙烷中將分別沉積在疇的負(fù)端和正端，從而顯示出疇結(jié)構(gòu)。 這是一種相對(duì)較為原始的方法。 51 酸腐蝕技術(shù) 利用鐵電體在酸中被腐蝕的速度與偶極矩極性有關(guān)的特點(diǎn)，不同極性的疇被腐蝕的程度不一樣。偶極矩正端被酸腐蝕很快，負(fù)端侵蝕速度很慢，用顯微鏡可直接觀察。腐蝕技術(shù)的主要缺點(diǎn)是具有破壞性，而且速度慢。 52 光學(xué)技術(shù)： 偏光法： 常用的方法是利用鐵電晶體的雙折射性質(zhì)把晶片置于正交偏振片之間 ， 用偏光顯微鏡直接觀察電疇結(jié)構(gòu) 。 這是靜態(tài)疇結(jié)構(gòu)和研究疇壁運(yùn)動(dòng)動(dòng)力學(xué)的最簡單方法 。 但它一般不適用觀察反平行疇 ， 因?yàn)樵诋牱崔D(zhuǎn)后折射率不變 。 53 二次諧波法： 利用光學(xué)二次諧波發(fā)生技術(shù)可以觀察 180?疇壁。因?yàn)?180?疇壁的兩邊，二階非線性極化率要改變符號(hào)且相位相消，于是包含疇界的區(qū)域呈現(xiàn)出比周圍單疇區(qū)更黑暗。除揭示疇結(jié)構(gòu)外，二次諧波產(chǎn)生技術(shù)還能用來測(cè)量具有周期性幾何形狀的非常小的疇的寬度。這種技術(shù)能用于對(duì)二次諧波發(fā)生可實(shí)現(xiàn)相位匹配的晶體。 54 旋光法： 對(duì)于具有旋光性的晶體，如Pb5Ge3O11， 還可以利用其旋光性觀察 180?疇。當(dāng)一束偏振光沿晶體 C軸傳播時(shí)，一組疇在檢偏器后顯示出黑暗。另一組疇顯示出光亮。 光學(xué)法觀察電疇的尺寸只能到 ?m級(jí)。 55 液晶顯示技術(shù) 將一薄層向列型液晶覆蓋在鐵電晶體表面，由于電疇極性的影響，液晶分子會(huì)形成一個(gè)與疇結(jié)構(gòu)相應(yīng)的圖案，可用偏光顯微鏡直接觀察。一種液晶分子相對(duì)于鐵電疇的排列如圖 818所示。這種方法優(yōu)于酸腐蝕法和粉末沉淀法。特點(diǎn)是方便而且快，能迅速響應(yīng)疇結(jié)構(gòu)的快速變化，并具有十分高的分辨率。 56 57 電子顯微鏡觀察 電子顯微術(shù)是目前用來觀察電疇的主要方法，其優(yōu)點(diǎn)是分辨率高，而且可觀測(cè)電場作用下電疇的。 ?掃描電子顯微鏡（ SEM） ?透射電子顯微鏡（ TEM） ?掃描探針顯微鏡（ SPM） 58 掃描電子顯微鏡（ SEM）可直接觀察樣品表面（通常是在真空中解理后直接觀測(cè)）。 利用透射電子顯微鏡（ TEM）觀察電疇則需要在樣品制備方面需要付出較大的努力。TEM用的樣品通常是薄箔。制備薄箔時(shí)，通常用 HF腐蝕，但薄箔厚度不易控制。近來離子束減薄等新技術(shù)也被用來制備薄箔樣品。 59 也可以用表面復(fù)型（修飾法）通過 TEM來研究電疇結(jié)構(gòu)。除了 AgCl等無機(jī)材料以外，近年來聚合物修飾法以其高分辨率而引人注目。例如在 TGS晶體的（ 010）解理面上蒸鍍聚二氟乙烯（ PVDF）和聚乙烯（ PE），即可得到一定向生長的薄膜，其擇優(yōu)取向隨電疇的正負(fù)而不同。將 TGS溶化后，用 TEM觀測(cè)薄膜，即可得到電疇結(jié)構(gòu)的圖案。 60 近年來出現(xiàn)的掃描力顯微鏡（ SPM）時(shí)研究電疇的一種有力手段，其優(yōu)點(diǎn)是適合與各種材料，不需要真空而且可觀測(cè)到納米量級(jí)的精細(xì)結(jié)構(gòu)。 61 Shown below is an example of more plicated domain arrangement on the same surface. Large corrugation on the topographic image indicates the presence of a 90?domain wall. Smaller corrugations in the right region have corrugation angles ? in excellent agreement with theoretical value for 90?ac boundaries. Left regions is not associated with significant potential variation which means that domains in that region must have in plane polarization. Large potential variations indicative of 180? c+c boundaries are present in the right region. 62 Potential features corresponding to surface ac domain structure and bulk c+c domain structure are clearly seen. Optical microscopy verifies the domain structure. Unlike AFM/SSPM it doesn’t provide information about potentials and angles and is not applicable to nontransparent materials. 63 Birefringence image: shows strain associated with ferroelastic domains. 64 The barium titanate surface before (right) and after (left) the photochemical reduction of Ag from solution. The reduction reaction occurs on specific ferroelectric domains 65 幾種重要的疇結(jié)構(gòu) ? 人工周期片狀疇 ? 陶瓷中的電疇 ? 薄膜中的電疇 66 人工周期片狀疇 人工調(diào)制的疇結(jié)構(gòu)，周期為 a+b； 從一個(gè)疇過渡到另一個(gè)疇時(shí)，自發(fā)極化反向，等價(jià)于繞 X方向旋轉(zhuǎn)了 180176。，因而任何表現(xiàn)為奇階張量的物理性質(zhì)，如二階非線性光學(xué)系數(shù)和壓電常數(shù)將改變符號(hào)。 如果疇結(jié)構(gòu)周期與光波或超聲波波長可相比擬，則稱這類周期性調(diào)制結(jié)構(gòu)的材料為光學(xué)超晶格或微米超晶格。 67 68 應(yīng)用：激光倍頻，超高頻壓電諧振器； 制備方法：擴(kuò)散法，脈沖電場處理法，質(zhì)子交換法，電子束掃描法以及特殊提拉法等； 提拉法（ Czochralski 丘克拉斯基方法）：從熔體中生長晶體最廣泛的方法。 在晶體生長過程中產(chǎn)生明顯的條紋，即沿生長方向產(chǎn)生周期性的溶質(zhì)濃度起伏。在熔體中摻入濃度約為 %的鐿、銅或鉻。 69 70 形成條紋的方法可以控制晶體生長時(shí)的旋轉(zhuǎn)軸，或在晶體生長時(shí)在固液界面上通過調(diào)治電流。這樣長成的晶體在溫度下降到居里溫度時(shí)，通過生長條紋的誘導(dǎo)，周期性片狀疇將會(huì)自動(dòng)生成，而且自發(fā)極化強(qiáng)度的取向決定于生長條紋內(nèi)溶質(zhì)梯度的正負(fù)。溶質(zhì)濃度梯度為負(fù)時(shí)，電疇取正向；溶質(zhì)濃度梯度為正時(shí)，電疇取負(fù)向。 主要材料： LiNbO3, period polarized LiNbO3(PPLN) 71 72 這一實(shí)驗(yàn)事實(shí)可以用溶質(zhì)產(chǎn)生的空間電荷場來說明。假設(shè) Y取代 LiNbO3或者 LiTaO3中的Nb或 Ta。 由于溶質(zhì)原子（ Y3+） 與基質(zhì)原子（ Nb5+或 T