【摘 要】
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本文在基于金兹堡—朗道—德文希尔唯象理论的相场法理论下,应用有限差分方法及四阶龙格—库塔法数值求解,研究不同电学边界条件对铁电纳米点畴结构演化和热电温度效应的影响。
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本文在基于金兹堡—朗道—德文希尔唯象理论的相场法理论下,应用有限差分方法及四阶龙格—库塔法数值求解,研究不同电学边界条件对铁电纳米点畴结构演化和热电温度效应的影响。本文所用的中间电学边界条件,可以用来表示表面电极与纳米点之间的黏合情况及电极对表面电荷的补偿情况,进而说明退极化电场和退极化电能对系统自由能的影响,不同以往的对退极化能进行权重处理,具有实际的物理意义。 当电学参数λ0为0时,中间电学边界可以退化为开路电学边界条件;当λ0趋向无穷大时,对应于短路电学边界条件,即表面电荷可充分补偿。λ0的值越大,表明表面电荷部分补偿的程度越大,退极化电场能减小得越多。数值计算纳米PbTiO3(PTO)点结果表明,在中间电学边界条件下,极化强度的环形矩G随着参数值λ0的增大而减少。室温时,当参数λ0为0时,PTO的畴结构为漩涡畴结构,并在λ0为0.25的时候存在一个拐点,此时的环形矩G突然降低到0,意味着极化强度的漩涡程度大幅度降低,由涡旋畴结构转变为单畴结构。当外加正弦环形电场,环形矩回线具有类似于电滞回线的变化规律。而环形矩回线随参数λ0的增大而收缩,在参数为0.3时候,纳米点从单畴开始演化,随后微小漩涡出现在表面,随着电场的增大,促使漩涡长大并往中心移动,最终形成了稳定的漩涡畴结构。 本文进一步研究了中间电学边界条件对热电效应的影响。当参数小于0.25时候,铁电相变诱导出现了正的绝热温度变化量,结果与大多数研究相符。当参数越过0.25,畴结构转变和铁电相变共同作用引起了负正绝热温度变化量同时存在。这也为设计微小发动机冷却设备提供了思路。此时材料的最大绝热温度变化量出现在430℃(低于块体居里温度)。不同电学边界条件下最大绝对温度变化量的值变化不大,表明电学边界条件影响的是热电效应机制而不是最大值。
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