Исследование кинетики доменной структуры сегнетоэлектриков при переключении поляризации в неоднородном электрическом поле тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 00.00.00, кандидат наук Аликин Юрий Михайлович

• Аликин Юрий Михайлович
• кандидат наук
• 2023

Оглавление диссертации кандидат наук Аликин Юрий Михайлович

Оглавление

Введение

Глава 1. Литературный обзор

1.1. Сегнетоэлектрики. Основные свойства и применения

1.2. Эволюция доменной структуры под действием внешнего электрического поля

1.3. Рост доменов с заряженными доменными стенками в полярном направлении

1.4. Основные свойства и доменная структура ниобата лития

1.5. Основные свойства и доменная структура магнониобата -титаната свинца

1.6. Визуализация доменов методами сканирующей зондовой микроскопии

1.6.1. Сканирующая зондовая микроскопия

1.6.2. Силовая микроскопия пьезоэлектрического отклика

1.7. Измерение распределения поверхностного потенциала методом зонда Кельвина

1.8. Оптическая микроскопия

1.9. Эволюция доменной структуры при локальном переключении поляризации

1.9.1. Рост доменов при локальном переключении поляризации на полярном срезе ниобата лития

1.9.2. Форма изолированных доменов доменных структур на неполярном срезе ниобата лития

1.9.3. Образование квазирегулярных доменных структур на неполярном срезе ниобата лития

1.9.4. Рост доменов в многоосных сегнетоэлектриках 1.10. Создание регулярных доменных структур

35

1.11. Краткие выводы

Глава 2. Исследуемые образцы, экспериментальные установки и методики

2.1. Исследуемые образцы

2.2. Нанесение электродов на поверхность образца MgOCLN

2.3. Экспериментальные методики

2.3.1. Оптическая визуализация доменной структуры и переключение поляризации в PMN-PT

2.3.2. Локальное переключение поляризации. Визуализация доменной структуры и поверхностного потенциала

2.3.3. Расчеты методом конечных элементов

2.4. Краткие выводы

Глава 3. Исследование роста доменов с заряженными доменными стенками при локальном переключении поляризации на неполярных срезах MgOCLN

3.1. Закономерности роста клиновидных доменов при локальном переключении поляризации

3.2. Взаимодействие клиновидных доменов

3.2.1. Параллельный рост

3.2.2. Встречный рост

3.3. Рост изолированного домена к полосовому электроду

3.4. Краткие выводы

Глава 4. Исследование обратного переключения клиновидных доменов с заряженными доменными стенками

4.1. Влияние режима переключения на обратное переключение поляризации

4.2. Влияние времени спада импульса на обратное переключение поляризации

4.3. Влияние сканирования при получении изображения домена

4.4. Влияние направления сканирования

4.5. Локальное переключение поляризации в условиях повышенной влажности

4.6. Краткие выводы

Глава 5. Исследование закономерностей формирования самоорганизованных доменных структур при локальном переключении поляризации в монокристаллах многоосного сегнетоэлектрика магнониобата-титаната свинца в ромбоэдрической фазе

5.1. Локальное переключение поляризации в сухой атмосфере

5.2. Влияние влажности

5.3. Взаимодействие изолированных доменов

5.4. Самопроизвольный рост доменов после завершения локального переключения поляризации

5.5. Влияние режима локального переключения поляризации

5.6. Краткие выводы

Заключение

Список условных обозначений и сокращений

Список использованных источников

Список публикаций по теме диссертации

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Исследование кинетики доменной структуры сегнетоэлектриков при переключении поляризации в неоднородном электрическом поле»

Введение

Актуальность темы исследования и степень её разработанности.

Сегнетоэлектрики обладают спонтанной поляризацией, направление которой может быть изменено приложением внешнего электрического поля. Процесс переключения поляризации осуществляется за счет образования доменов и движения доменных стенок (эволюции доменной структуры). Доменные стенки в зависимости от их ориентации могут быть нейтральными или заряженными [1]. В настоящее время экспериментально установлено, что реальные доменные структуры являются метастабильными и содержат заряженные доменные стенки, несмотря на то, что они энергетически невыгодны [2]. Проводимость заряженных доменных стенок на несколько порядков больше, чем объема сегнетоэлектрика [3,4]. В настоящее время понимание механизмов, приводящих к образованию и кинетике заряженных доменных стенок при переключении поляризации, является важной проблемой физики сегнетоэлектриков.

Одной из важнейших прикладных задач является создание в сегнетоэлектрических кристаллах стабильных регулярных доменных структур заданной геометрии. При формировании доменных структур определяющую роль играет зарождение доменов на поверхности и рост доменов с заряженными стенками в полярном направлении (прямое прорастание). Сканирующая зондовая микроскопия (СЗМ) является одним из методов исследования и создания в сегнетоэлектриках доменных структур с нанометровым пространственным разрешением. Локальное переключение поляризации на неполярном срезе с помощью проводящего зонда СЗМ является уникальным методом исследования роста в полярном направлении доменов с заряженными стенками [5].

Пространственная модуляция электрооптических и нелинейно-оптических характеристик сегнетоэлектрических кристаллов путем создания стабильной доменной структуры с микронными периодами успешно применяется для изготовления преобразователей длины волны лазерного излучения с рекордной эффективностью. Необходимо иметь в виду, что для получения высокой эффективности невоспроизводимость периода регулярной доменной структуры

должна быть не более 20 нм. Создание таких структур требует изучения эволюции доменов при локальном переключении с нанометровым пространственным разрешением. Наиболее популярным кристаллом для создания преобразователей длины волны с регулярной доменной структурой является конгруэнтный ниобат лития, легированный магнием MgOСLN. Однако процессы формирования, роста и взаимодействия доменов с заряженными доменными стенками в одноосных сегнетоэлектриках слабо изучены. Кроме того, принято считать, что сегнетоэлектрические микро- и нано-доменные структуры с заряженными доменными стенками являются уникальными модельными объектами для исследований кинетики фазового превращения в неравновесных условиях, представляющей собой важное направление нанофизики и наноэлектроники [6,7].

Кристаллы многоосного сегнетоэлектрика магнониобата-титаната свинца PMN-PT в настоящее время привлекли большое внимание, благодаря рекордным пьезоэлектрическим коэффициентам [8]. Недавно было показано, что переключение переменным электрическим полем позволяет значительно увеличить пьезоэлектрические коэффициенты в кристаллах PMN-PT ромбоэдрической фазы [9]. Однако эволюция сложной доменной структуры, состоящей из сегнетоэлектрических и сегнетоэластических доменов, не исследовалась современными методами с высоким пространственным разрешением.

Цель работы - исследование роста доменов при локальном переключении поляризации на неполярных срезах одноосного сегнетоэлектрика ниобата лития, легированного оксидом магния (MgOCLN) и многоосного сегнетоэлектрика магнониобата-титаната свинца (PMN-PT).

Основные задачи:

1. Изучить рост изолированных клиновидных доменов с заряженными доменными стенками и его зависимость от относительной влажности при локальном переключении на неполярных срезах одноосного сегнетоэлектрика MgOСLN.

2. Создать стабильную структуру полосовых доменов с субмикронными периодами локальным переключением поляризации на неполярном срезе MgOŒN.

3. Изучить эволюцию формы изолированного домена, растущего при приложении напряжения между проводящим зондом и заземленным полосовым электродом на неполярном срезе MgO^N.

4. Исследовать эффект обратного переключения в результате сканирования при визуализации клиновидных доменов с заряженными доменными стенками, созданных при локальном переключении на неполярном срезе MgOŒN.

5. Исследовать формирование доменной структуры, созданной при локальном переключении, и ее зависимость от относительной влажности в многоосном сегнетоэлектрике PMN-PT в ромбоэдрической фазе.

Объекты исследования:

Монодоменные пластины неполярного Y среза одноосного сегнетоэлектрического монокристалла конгруэнтного ниобата лития LiNbO3, легированного 5% оксидом магния.

Монодоменные пластины монокристалла магнониобата-титаната свинца PMN-PT с ориентацией [111] с составом, который находится в ромбоэдрической фазе при комнатной температуре.

Научная новизна:

1. Показано, что при локальном переключении на неполярном срезе одноосного сегнетоэлектрика зависимость ширины основания клиновидного домена от приложенного напряжения определяется пространственным распределением поля, создаваемого проводящим зондом.

2. Впервые обнаружен эффект коррелированного зародышеобразования и потери устойчивости формы клиновидных доменов на неполярном срезе при приложении напряжения между проводящим зондом и заземленным полосовым электродом.

3. Впервые изучен и объяснен эффект частичного обратного переключения доменов с заряженными доменными стенками в результате визуализации доменов на неполярном срезе методом силовой микроскопии пьезоэлектрического отклика, и предложены пути уменьшения эффекта.

4. Обнаружен эффект полного обратного переключения при повышенной влажности, вызванный формированием под зондом адсорбированного слоя воды, обеспечивающего эффективное внешнее экранирование деполяризующего поля.

5. Обнаружен и объяснен эффект изменения доменной структуры, состоящей из сегнетоэлектрических и сегнетоэластических доменов, вызванный изменением относительной влажности при исследовании локального переключения поляризации в многоосном сегнетоэлектрике PMN-PT, находящемся в ромбоэдрической фазе.

Теоретическая значимость:

Научная значимость исследования определяется тем, что получены новые данные об эволюции доменной структуры и росте заряженных доменных стенок в контролируемых сильнонеравновесных условиях в двух модельных системах: (1) одноосном сегнетоэлектрике MgOCLN при локальном переключении на неполярном срезе и (2) многоосном сегнетоэлектрике PMN-PT.

1. Впервые измерена и объяснена в рамках кинетического подхода зависимость от амплитуды и количества переключающих импульсов величины отклонения заряженных доменных стенок от полярного направления при локальном переключении на неполярном срезе одноосного сегнетоэлектрика.

2. Предложена оригинальная модель для объяснения зависимости от длительности приложения поля размеров доменов, растущих при локальном переключении в одноосных сегнетоэлектриках, основанная на учете влияния запаздывания экранирования деполяризующего поля.

3. Впервые обнаружены и объяснены эффекты коррелированного зародышеобразования и потери устойчивости формы, приводящие к формированию массива изолированных клиновидных доменов, в результате прорастания изолированного домена к сплошному электроду

Практическая значимость:

Полученные закономерности формирования и эволюции доменных структур при локальном переключении поляризации представляют значительный практический интерес для дальнейшего развития методов доменной инженерии в одноосных и многоосных сегнетоэлектриках, которые используются для изготовления актюаторов и преобразователей длины волны излучения.

1. Обнаруженная зависимость величины отклонения заряженных доменных стенок от полярного направления от параметров переключения может быть использована при создании нового поколения устройств наноэлектроники, включая элементы памяти с рекордной плотностью хранения информации.

2. Создание локальным переключением поляризации регулярных доменных структур с субмикронными периодами на неполярном срезе MgOСLN может быть использовано при изготовлении преобразователей длины волны излучения и электрооптических модуляторов.

3. Обнаруженное влияние относительной влажности на обратное переключение и исчезновение клиновидного домена при относительной влажности более 30% необходимо учитывать при создании устройств наноэлектроники.

Положения, выносимые на защиту:

1. Зависимость ширины основания клиновидного домена от амплитуды переключающего импульса при локальном переключении на неполярном срезе обусловлена пространственным распределением электрического поля, создаваемого проводящим зондом.

2. Формирование локальным переключением регулярных структур полосовых доменов с нейтральными стенками, обусловлено аннигиляцией заряженных кинков и антикинков после слияния растущих навстречу друг другу доменов.

3. Эволюция формы изолированного домена, растущего при приложении напряжения между проводящим зондом и заземленным полосовым электродом, и формирование массива изолированных клиновидных доменов, обусловлены коррелированным зародышеобразованием и потерей устойчивости формы, вызванной отклонением заряженной доменной стенки от полярного направления.

4. Частичное обратное переключение клиновидных доменов в результате сканирования при их визуализации методом силовой микроскопии пьезоэлектрического отклика обусловлено влиянием остаточного деполяризующего поля и переменного напряжения малой амплитуды.

5. Полное обратное переключение при повышенной влажности обусловлено формированием на поверхности слабо проводящего адсорбированного слоя воды, обеспечивающего эффективное внешнее экранирование деполяризующего поля.

6. Формирование структуры, состоящей из сегнетоэлектрических ^доменов и сегнетоэластических a-доменов, при локальном переключении поляризации на (111) срезе PMN-PT обусловлено воздействием электрического поля и механических напряжений

Методология и методы исследования.

Создание и исследование доменных структур в монокристаллах производилось с использованием современного аналитического оборудования. Для создания доменных структур в неоднородном электрическом поле использовался проводящий зонд сканирующего зондового микроскопа. Визуализация доменных структур выполнялась с использованием силовой микроскопии пьезоэлектрического отклика (СМПО) и оптической микроскопии в проходящем свете в режиме светлого поля. Визуализация и измерение поверхностного электрического потенциала проводилась с использованием силовой микроскопии зонда Кельвина (СМЗК). Моделирование роста доменов было осуществлено с помощью программного пакета COMSOL Multiphysics. Все измерения проводились в атмосфере азота с контролем относительной влажности и при комнатной температуре.

Достоверность обеспечивается применением поверенных и калиброванных средств измерений, аттестованных методик измерений, надежной статистикой экспериментов, применением современных и независимых методов обработки экспериментальных данных, согласием с результатами других авторов и непротиворечивостью известным физическим моделям. Достоверность расчетов

подтверждается обоснованностью допущений, а также согласованностью с экспериментальными результатами.

Апробация результатов.

Основные результаты работы были представлены на 16 российских и международных конференциях и симпозиумах: (1) III Международной молодежной научной конференции «Физика. Технологии. Инновации» (ФТИ-2016, Екатеринбург, 2016); (2) XVII Всероссийской школе-семинаре по проблемам физики конденсированного состояния вещества (СПФКС-17, Екатеринбург, 2016); (3) Международной конференции RCBJSF-IWRF (Matsue, Japan, 2016); (4) XXIII Всероссийской научной конференции студентов-физиков (ВНКСФ-23, Екатеринбург, 2017); (5) IV Международной молодежной научной конференции «Физика. Технологии. Инновации» (ФТИ-2017, Екатеринбург, 2017); (6) XXI Всероссийской конференции по физике сегнетоэлектриков (ВКС-XXI, Казань, 2017); (7) 14й международной конференции по сегнетоэлектричеству (IMF 2017, San Antonio, USA, 2017); (8) V Международной молодежной научной конференции «Физика. Технологии. Инновации» (ФТИ-2018, Екатеринбург, 2018); (9) Международной конференции «Исследование сегнетоэлектрических материалов российскими учеными. Столетие открытия сегнетоэлектричества» (СЭ-100, Екатеринбург, 2020); (10) XXV симпозиуме «Нанофизика и наноэлектроника» (Нижний Новгород, 2021); (11) 32ом семинаре по фундаментальной физике сегнетоэлектри-ков и сопутствующих материалов (Ferro2021, USA, 2021); (12) XXII Всероссийской конференции по физике сегнетоэлектриков (ВКС-XXII, Екатеринбург, 2021); (13) Международном симпозиуме по применению сегнетоэлектриков (IEEE ISAF-ISIF-PFM, Sidney, Australia, 2021); (14) XXVI симпозиуме «Нанофизика и наноэлектроника» (Нижний Новгород, 2022); (15) Международном симпозиуме по применению сегнетоэлектриков (ISAF-PFM-ECAPD, Tours, France, 2022); (16) IV международном семинаре "Современные нанотехнологии" (IWMN-2022, Екатеринбург, 2022).

Публикации и личный вклад автора.

Основные результаты опубликованы в 23 печатных работах в том числе в 7 статьях в рецензируемых научных журналах, определенных ВАК РФ и Аттестационным советом УрФУ и входящих в международные базы цитирования Scopus и WoS, в 16 тезисах международных и всероссийских конференций. Диссертационная работа выполнена с использованием оборудования Уральского центра коллективного пользования «Современные нанотехнологии» Института естественных наук и математики УрФУ в рамках исследований, проводимых при поддержке РФФИ (грант 20-32-90200 Аспиранты).

Основные результаты были получены лично автором или при его активном участии. Выбор направления исследований, обсуждение результатов и формулировка задач проводились совместно с научным руководителем д -р. физ.-мат. наук, профессором В. Я. Шуром, канд. физ.-мат. наук, науч. сотр. А. П. Турыгиным и канд. физ.-мат. наук, зав. лаб. Д. О. Аликиным. Компьютерное моделирование проводилось совместно с канд. физ.-мат. наук, науч. сотр. М. С. Кособоковым. Оптическая визуализация доменных структур проводилась совместно с канд. физ.-мат. наук, мл. науч. сотр. А. Д. Ушаковым. Исследование параметров доменной структуры, анализ и обработка результатов, проводились лично автором.

Диссертационная работа состоит из введения, 5 глав, заключения, списка сокращений и условных обозначений и списка литературы. Общий объем работы составляет 105 страниц, включая 62 рисунка, 1 таблицы, список литературы из 133 наименований.

Глава 1. Литературный обзор

1.1. Сегнетоэлектрики. Основные свойства и применения

Сегнетоэлектрические материалы обладают широким набором полезных свойств, включая пьезоэлектричество, нелинейную оптическую активность, пироэлектричество и многие другие. Важные для применения характеристики зависят от доменной структуры [10]. Было показано, что инженерия доменов и инженерия доменных стенок позволяют улучшать характеристики устройств из коммерчески доступных сегнетоэлектриков за счет создания стабильных доменных структур заданной геометрии, которые приводят к пространственной модуляции основных свойств и улучшению рабочих характеристик [11, 12]. Доменная инженерия ориентирована в первую очередь на изготовление нелинейно-оптических и электрооптических устройств, таких как преобразователи частоты лазерного излучения, с использованием периодически поляризованного ниобата лития ЬК) [13-16]. Создание доменных структур (ДС) с заданными

параметрами требует глубокого понимания эволюции ДС при переключении поляризации [17].

1.2. Эволюция доменной структуры под действием внешнего электрического поля

Первые ДС в кристаллах ЬК были обнаружены Нассау [18, 19]. В этих сегнетоэлектриках существует связь между симметрией кристалла и формой доменов. Созданные приложением внешнего электрического поля домены как правило имеют форму правильных шестиугольных призм, а также усеченных пирамид [20]. Форма доменов на полярной поверхности - правильные шестиугольники с доменными стенками, ориентированными вдоль У кристаллографических направлений (Рисунок 1.1).

Известно, что изменение условий переключения поляризации позволяет качественно изменять форму доменов [21]. Домены со стенками, ориентированными вдоль кристаллографических направлений, образуются только

при медленном переключении поляризации с полным экранированием деполяризующего поля.

Рисунок 1.1 - СМПО изображение доменов, полученных при локальном переключении поляризации в ЬК (а) амплитуда и (б) фаза пьезоотклика [22].

При переключении поляризации в одноосных сегнетоэлектриках из монодоменного состояния в однородном электрическом поле выделяют следующие основные стадии эволюции доменной структуры (Рисунок 1.2).

Рисунок 1.2 - Схематическое изображение эволюции ДС в результате переключения поляризации. Основные стадии: (а) зарождение доменов, (б) рост доменов в полярном направлении, (в) боковой рост доменов, (г) слияние доменов и (д) спонтанное обратное переключение после выключения поля [23].

На стадии зарождения доменов при приложении поля происходит образование доменов в монодоменной матрице (Рисунок 1.2а) [21, 23]. При циклическом переключении поляризации начальное состояние содержит остаточные нанодомены [24], а монодоменное состояние может быть получено только в результате фазового перехода при охлаждении в постоянном поле.

На стадии роста доменов в полярном направлении происходит удлинение игольчатых доменов с заряженными стенками (Рисунок 1.2б). Исследование роста

доменов при локальном переключении поляризации на неполярном срезе позволили выявить механизм прямого роста доменов, состоящий из генерации ступеней и движения кинков в полярном направлении [5].

На стадии бокового роста наблюдается движение нейтральных доменных стенок в направлении, перпендикулярном полярному (Рисунок 1.2в). Модификация поверхностного слоя [25-27], типа электродов [28], изменение температуры и величины приложенного поля влияют на форму доменов, что определяется экранированием деполяризующего поля и симметрией кристалла.

На стадии слияния доменов наблюдается слияние доменов по завершению процесса переключения поляризации (Рисунок 1.2г). Для нее характерно торможение и даже остановка сближающихся доменных стенок из-за электростатического взаимодействия, что приводит к существованию остаточных структур, состоящих из изолированных субмикронных доменов [29].

В результате прекращения приложения внешнего электрического поля наблюдается эффект самопроизвольного обратного переключения поляризации (Рисунок 1.2д) [30, 31]. В результате происходит частичное или полное восстановление ДС в первоначальное состояние.

1.3. Рост доменов с заряженными доменными стенками в полярном направлении

Использование просвечивающей электронной микроскопии и атомно-силовой микроскопии, позволило исследовать реальную структуру и выявить свойства доменных стенок [3, 4, 32-37]. Сформулирована возможность создания сегнетоэлектрических устройств с нанодоменными стенками в качестве активных элементов, так называемая «наноэлектроника доменных стенок». Принято считать, что использование доменных стенок нанометровой толщины позволит создать устройства памяти с рекордной плотностью [6, 7].

Заряженные доменные стенки (ЗДС) являются метастабильными, но, благодаря эффективному объемному экранированию, могут существовать длительное время. Данный эффект был обнаружен в монокристаллах SbSI в 70-х годах и исследован как теоретически [38], так и экспериментально [39].

Накопление зарядов на ЗДС происходит под действием деполяризующего поля и приводит к увеличению электропроводности [4, 38]. Зарождением, аннигиляцией, пространственным положением и скоростью движения ЗДС в процессе зарождения и аннигиляции можно управлять приложением локального электрического поля, что позволяет задать скорость движения ЗДС, а также ее пространственное положение. Использование проводящего зонда СЗМ для локального переключения поляризации является лучшим способом для данной задачи. Проводящие доменные стенки могут быть применены в наноэлектронике. Данный эффект вновь начал интенсивно исследоваться в объемных монокристаллах титаната бария BaTiO3 [33] и ниобата лития LiNbO3 [37, 40]. Ток проводимости измерялся как с использованием макроскопических электродов [39, 40], так и с использованием проводящего зонда атомно силового микроскопа [4, 33, 34, 37]. В ниобате лития, легированном оксидом магния (MgOLN) в процессе переключения поляризации было выявлено сильное увеличение объемной проводимости, в результате индуцированного формирования ЗДС) [40]. Также было обнаружено, что формирование ЗДС улучшает диэлектрические [41] и пьезоэлектрические свойства кристаллов [42].

1.4. Основные свойства и доменная структура ниобата лития

LN представляет собой одноосный кристалл с симметрией C3v (R3c) в сегнетоэлектрической фазе и доменной структурой только с 180 -градусными доменными стенками. Выраженный электрооптический эффект позволяет применять прямые оптические методы для наблюдения in situ кинетики доменной структуры [43].

LN имеет температуру плавления 1260°С и температуру Кюри 1210°С. LN конгруэнтного состава (CLN) обладает высокими значениями спонтанной поляризации (80 мкКл/см2) и коэрцитивного поля (21 кВ/мм).

Выращенные методом Чохральского кристаллы CLN сильно отклонены от стехиометрического состава, при этом не наблюдается выделения второй фазы и изменения структуры кристалла. Соотношение ниобия к литию составляет 0.942

(48.5% Li2O). Происходит замещение ионов лития ионами ниобия, которые занимают катионные вакансии.

Более того, LN в последнее время стал признанным лидером в изучении доменной структуры, стимулируемым практическими соображениями. Можно утверждать, что LN можно использовать и как модельный кристалл для изучения кинетики доменов. Для создания периодически поляризованных элементов для преобразования света высокой мощности используются кристаллы СЬ^ легированные Mg (MgOCLN) для существенного повышения порога оптического повреждения. Кристаллы семейства LN являются основным материалом для микро- и нанодоменной инженерии.

1.5. Основные свойства и доменная структура магнониобата-титаната свинца

Из обнаруженных группой Смоленского сложных перовскитов с размытым фазовым переходом [44], только магнониобат свинца Pb(Mgl/зNЪ2/з)Oз (PMN) при комнатной температуре обладает аномально высокими значениями диэлектрической проницаемости [45]. PMN сохраняет кубическую (тЗт) симметрию вплоть до 5 К и, следовательно, не является пьезоэлектрическим. Было обнаружено, что PMN обладает сильным безгистерезисным электрострикционным эффектом, связанный с поляризуемостью релаксорного состояния [46]. Позже исследования показали, что диэлектрическая проницаемость PMN увеличивается при легировании титанатом свинца (PbTiO3, PT). При увеличении концентрации PT электрострикционные коэффициенты (1-х)Pb(Mg1/3NЪ2/3)O3-xPbTЮ3 (PMN-PT) увеличиваются, деформация остается преимущественно электрострикционной вплоть до 13% PT [47, 48].

При увеличении доли PT в РМЫ-РТ, наблюдается сегнетоэлектрическое поведение. При переключении поляризации PMN-PT принял сегнетоэлектрическую фазу, что соответствует ромбоэдрической (Зт) фазе и, как следствие, стал пьезоэлектрическим. В 1989 году была составлена фазовая диаграмма для PMN-PT [45,49], демонстрирующая морфотропную фазовую границу между ромбоэдрической Зт и тетрагональной 4тт фазами (Рисунок 1.3).

Рисунок 1.3 - Фазовая диаграмма РМЫ-РТ [50].

В 1997 впервые было показано, что РМЫ-РТ ромбоэдрической фазы, переключенный приложением поля вдоль [001], обладает высоким пьезоэлектрическим коэффициентом 2500 пм/В [47].

Многоосные сегнетоэлектрики обладают различными вариантами механически и электрически совместимыми нейтральными доменными стенками в трех сегнетоэлектрических фазах (Рисунок 1.4) [51].

Рисунок 1.4 - (а) Изображение трех сегнетоэлектрических фаз с набором электрически и механически совместимых нейтральных доменных стенок в: (б) тетрагональной (Т), (в) орторомбической (О), (г) ромбоэдрической (Я). В 180°-доменах ориентация не определяется симметрией и отображаются стенки с наиболее важными кристаллографическими ориентациями [50]

В ромбоэдрической фазе вектор спонтанной поляризации (Ps) может быть ориентирован вдоль одной из 4 осей. Доменные стенки могут быть 71°, 109° и 180°. В орторомбической фазе Ps может быть ориентирован вдоль 6 различных осей. Доменные стенки могут быть 60°, 120° и 180°. В тетрагональной фазе Ps направлен вдоль одной из трёх осей 4-го порядка, Доменные стенки могут быть 90° или 180°. Домен с Ps ориентированным в плоскости образца обозначают как а-домен. Домен с перпендикулярно направленным Ps относительно основой плоскости образца обозначают как с-домен.

Недавно была продемонстрирована возможность значительного увеличения пьезоэлектрические свойств (повышения эффективности электромеханического преобразования) кристаллов PMN-PT в ромбоэдрической фазе, вырезанных перпендикулярно [001], переключением поляризации переменным полем [52]. Продемонстрировано, что улучшение пьезоэлектрических характеристик обусловлено оптимизацией параметров доменной структуры.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Аликин Юрий Михайлович, 2023 год

Список использованных источников

1. Gureev, M. Y. Head-to-head and tail-to-tail 180° domain walls in an isolated ferroelectric / M. Y. Gureev, A. K. Tagantsev, N. Setter // Phys. Rev. B. - 2011. -Vol. 83. - № 18. - P. 184104.

2. Optical three-dimensional profiling of charged domain walls in ferroelectrics by Cherenkov second-harmonic generation / T. Kämpfe et al. // Phys. Rev. B. - 2014. -Vol. 89. - № 3. - P. 035314.

3. Static conductivity of charged domain walls in uniaxial ferroelectric semiconductors / E. A. Eliseev et al. // Phys. Rev. B. - 2011. - Vol. 83. - № 23. - P. 235313.

4. Conduction at domain walls in oxide multiferroics / J. Seidel et al. // Nature Materials. - 2009. - Vol. 8. - P. 229-234.

5. Forward growth of ferroelectric domains with charged domain walls. Local switching on non-polar cuts / V. Ya. Shur et al. // J. Appl. Phys. - 2021. -Vol. 129. - № 4. - P. 044103.

6. Seidel, J. Domain walls as nanoscale functional elements / J. Seidel // J. Phys. Chem. Lett. - 2012. - Vol. 3. - № 19. - P. 2905-2909.

7. Domain wall nanoelectronics / G. Catalan et al. // Rev. Mod. Phys. - 2012. -Vol. 84. - № 1. -P. 119.

8. Bokov, A. A Recent progress in relaxor ferroelectrics with perovskite structure / A. A. Bokov, Z. G. Ye // J. Mater. Sci. - 2006. - Vol. 41. - P. 31-52.

9. Dense ferroelectric-ferroelastic domain structures in rhombohedral PMN-28PT single crystals / A. D. Ushakov et al. // Appl. Phys. Lett. - 2020. - Vol. 116. -№ 18. - P. 182901.

10. Ferroelectric thin films: Review of materials, properties, and applications / N. Setter et al. // J. Appl. Phys. - 2006. -Vol. 100. - № 5. - P. 051606.

11. Tailored domain patterns in piezoelectric crystals / R. E. Newnham et al. // Phys. Status Solidi. - 1975. - Vol. 32. - № 1. - P. 69-78.

12. Wada, S. Domain wall engineering in lead-free piezoelectric materials / S. Wada // Ferroelectrics. - 2009. - Vol. 389. - № 1. - P. 3-9.

13. Shur, V. Ya. Nano- and microdomain engineering of lithium niobate and lithium tantalate for piezoelectric applications / V. Ya. Shur // Advanced Piezoelectric Materials, Second Edition (Woodhead Publishing). - 2017. - P. 235-270.

14. Quasi-phase-matched second harmonic generation: tuning and tolerances / M. M. Fejer et al. // IEEE J. Quantum Electron. - 1992. - Vol. 28. - № 11. -P. 2631-2654.

15. Hum, D. S. Quasi-phasematching / D. S. Hum, M. M. Fejer // Comptes Rendus Phys.

- 2007. - Vol. 8. - № 2. - P. 180-198.

16. Regular ferroelectric domain array in lithium niobate crystals for nonlinear optic

applications / V. Ya. Shur et al. // Ferroelectrics. - 2000. - Vol. 236. - № 1. -P. 129-144.

17. Shur, V. Ya. Micro- and nano-domain engineering in lithium niobate / V. Ya. Shur, A. R. Akhmatkhanov, I. S. Baturin // Appl. Phys. Rev. - 2015. -Vol. 2. - № 4. - P. 040604.

18. Nassau, K. The domain structure and etching in ferroelectric lithium niobate / K. Nassau, H. J. Levinstein, G. M. Loiacono // Appl. Phys. Lett. - 1965. - Vol. 6. -№ 11. - P. 228-229.

19. Nassau, K. Ferroelectric behavior of lithium niobate / K. Nassau, H. J. Levinstein // Appl. Phys. Lett. - 1965. - Vol. 7. - № 3. - P. 69-70.

20. Ohnishi, N. Etching study of microdomains in LiNbO3 single crystals / N. Ohnishi, T. Izuka // J. Appl. Phys. - 1975. - Vol. 46. - № 3. - P. 1063-1067.

21. Shur, V. Ya. Nucleation Theory and Applications / V. Ya. Shur. - Wiley-VCH, Weinheim, 2005 - 178-214 p.

22. Domain growth kinetics in lithium niobate single crystals studied by piezoresponse force microscopy / B. J. Rodriguez et al. // Appl. Phys. Lett. - 2005. - Vol. 86. -№ 1 - P. 012906.

23. Shur, V. Ya. Domain shapes in bulk uniaxial ferroelectrics / V. Ya. Shur, E. V. Pelegova, M. S. Kosobokov // Ferroelectrics. - 2020. - Vol. 569. - № 1. -P. 251-265.

24. Lambeck, P.V. The nature of domain stabilization in ferroelectric perovskites. / P.V. Lambeck, G.H. Jonker // J. Phys. Chem. Solids. - 1986. - Vol. 47. - № 5. -P. 453-461.

25. Abnormal domain growth in lithium niobate with surface layer modified by proton exchange / M. A. Dolbilov et al. // Ferroelectrics. - 2010. - Vol. 398. - № 1. -P. 108-114.

26. Formation of nanodomain structure in front of the moving domain wall in lithium niobate single crystal modified by proton exchange / M. A. Dolbilov et al. // Ferroelectrics. - 2013. - Vol. 442. - № 1. - P. 82-91.

27. Formation of self-organized domain structures with charged domain walls in lithium niobate with surface layer modified by proton exchange / V. Y. Shur et al. // J. Appl. Phys. - 2017. - Vol. 121. - № 10. - P. 104101.

28. Esin, A. A. Tilt control of the charged domain walls in lithium niobate / A. A. Esin, A. R. Akhmatkhanov, V. Y. Shur // Appl. Phys. Lett. - 2019. - Vol. 114. - № 9. - P. 092901.

29. Шур, В. Я. Доменная структура одноосных сегнетоэлектриков и процессы экранирования: дис. ... д-ра. физ.-мат. наук: 01.04.10 / Шур Владимир Яковлевич. - Свердловск, 1990. - С. 335.

30. Formation of self-organized nanodomain patterns during spontaneous backswitching in lithium niobate / V. Y. Shur et al. // Ferroelectrics. - 2001. -Vol. 253. - № 1. - P. 105-114.

31. Backswitch poling in lithium niobate for high-fidelity domain patterning and efficient blue light generation / R. G. Batchko et al. // Appl. Phys. Lett. - 1999. -Vol. 75. - № 12. - P. 1673-1675.

32. Enhanced electromechanical response of ferroelectrics due to charged domain walls/ T. Sluka et al. // Nat. Commun. - 2012. - Vol. 3. - P. 748.

33. Free-electron gas at charged domain walls in insulating BaTiO3 / T. Sluka et al. // Nat. Commun. -2013. - Vol. 4. - P. 1808.

34. Domain wall conductivity in La-doped BiFeO3 / J. Seidel et al. // Phys. Rev. Lett. -2010. - Vol. 105. - № 19. - P. 197603.

35. Enhanced electric conductivity at ferroelectric vortex cores in BiFeO3 / N. Balke et al. // Nat. Phys. - 2012. - Vol. 8. - P. 81-88.

36. Tunable metallic conductance in ferroelectric nanodomains / P. Maksymovych et al. // Nano Lett. - 2012. - Vol. 12. - № 1. - P. 209-213.

37. Conducting domain walls in lithium niobate single crystals / M. Schröder et al. // Adv. Funct. Mater. - 2012. - Vol. 22. - № 18. - P. 3936-3644.

38. Vul, B. M. Encountering domains in ferroelectrics / B. M. Vul, G. M. Guro, I. I. Ivanchik, // Ferroelectrics. - 1973. - Vol. 6. - № 1. - P. 29-31.

39. Grekov, A. A. Encountering domains in SbSl / A. A. Grekov, A. A. Adonin, N. P. Protsenko // Ferroelectrics. - 1976. - Vol. 13. - № 1. - P. 483-485.

40. Electric-field poling in Mg-doped LiNbO3 / K. Mizuuchi et al. // J. Appl. Phys. -2004. - Vol. 96. - № 11. - P. 6585.

41. Stationary domain wall contribution to enhanced ferroelectric susceptibility / R. Xu et al. // Nat. Commun. - 2014. - Vol. 5. - P. 3120.

42. Enhancement in the piezoelectric properties of BaTiO3-Bi(Mg1/2Ti1/2)O3-BiFeO3 system ceramics by nanodomain / R. Mitsui et al. // Ceram. Int. - 2013. - Vol 39. -№ 1. - P. 695-699.

43. Muller, M. Visualization of ferroelectric domains with coherent light / M. Muller, E. Soergel, K. Buse // Opt. Lett. - 2003. - Vol. 28. - № 24. - P. 2515-2517.

44. Smolenskii, G. A. Dielectric polarization of a number of complex compounds / G. A. Smolenskii, A. I. Agranovskaya // Soviet Physics Solid State. - 1960. - Vol. 1. - P. 1429-1437.

45. Morphotropic phase boundary in Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-PbTiO3 system / S. W. Choi et al. // Materials Letters. - 1989. - Vol. 8. - № 6-7. - P. 253-255.

46. Electrostrictive behavior of lead magnesium niobate based ceramic dielectrics / S. J. Jang et al. // Ferroelectrics. - 1980. - Vol. 27. - № 1. - P. 31-34.

47. Park, S.-E. Ultrahigh strain and piezoelectric behavior in relaxor based ferroelectric single crystals / S.-E. Park, T. R. Shrout // J. Appl. Phys. - 1997. - Vol. 82. - № 4. -P. 1804-1811.

48. Ye, Z.-G. High-Performance Piezoelectric Single Crystals of Complex Perovskite Solid Solutions / Z.-G. Ye // MRS Bulletin. - 2009. - Vol. 34. - № 4. - P. 277-283.

49. Dielectric and pyroelectric properties in the Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-PbTiO3 system / S. W. Choi et al. // Ferroelectrics. - 1989. - Vol. 100. - № 1. - P. 29-38.

50. Noheda, B. Structure and high-piezoelectricity in lead oxide solid solutions / B. Noheda // Curr. Opin. Solid State Mater. Sci. - 2002. - Vol. 6. - № 1. - P. 27 -34.

51. Marton, P. Domain walls of ferroelectric BaTiO3 within the Ginzburg-Landau-Devonshire phenomenological model / P. Marton, I. Rychetsky, J. Hlinka // Phys. Rev. B. - 2010. - Vol. 81. - № 14. - P. 144125.

52. Transparent ferroelectric crystals with ultrahigh piezoelectricity / C. Qiu et al. // Nature. - 2020. - Vol. 577. - № 7790. - P. 350-354.

53. Quasi-phase matched second harmonic generation in a PMN-38PT crystal / X. Chen et al. // Opt. Lett. - 2022. - Vol. 47. - № 8. - P. 2056-2059.

54. Klassen-Neklyudova, M. V. The real structure of crystals of Rochelle salt / M. V. Klassen-Neklyudova, M. A. Chernysheva, A. A. Shternberg // Dokl. Akad. Nauk SSSR - 1948. - Vol. 18. - P. 527.

55. Matthias, B. Domain structure and dielectric response of barium titanate single crystals / B. Matthias, A. von Hippel // Phys. Rev. - 1948. - Vol. 73. - № 11. -P. 1378-1384.

56. Merz, W. J. Domain formation and domain wall motions in ferroelectric BaTiO3 single crystals / W. J. Merz // Phys. Rev. - 1954. - Vol. 95. - № 3. - P. 690-698.

57. Little, E. A. Dynamic behavior of domain walls in barium titanate / E. A. Little // Phys. Rev. - 1955. - Vol. 98. - № 4. - P. 978-984.

58. Binah, R. Le. Study of ferroelectric and ferroelastic domain structures by scanning electron microscopy / R. Le Bihan. // Ferroelectrics. - 1988. - Vol. 97. - № 1. -P. 19-46.

59. Gruverman, A. Imaging and control of domain structures in ferroelectric thin films via scanning force microscopy / A. Gruverman, O. Auciello, H. Tokumoto // Annu. Rev. Mater. Sci. - 1998. - Vol. 28. - P. 101-123.

60. Scanning probe microscopy: electrical and electromechanical phenomena at the nanoscale / A. Kholkin et al. // Springer Science & Business Media - New York, 2007. - 173-214 p.

61. Binnig, G. Scanning tunneling microscopy / G. Binnig, H. Rohrer // Surf. Sci. -1983. - Vol. 126. - № 1-3. - P. 236-244.

62. Binnig, G Atomic Force Microscope / G. Binnig, C. Gerber, C. Quate // Phys. Rev. Lett. - 1986. Vol. 56. - № 9. - P. 930-933.

63. Martin, Y. Atomic force microscope-force mapping and profiling on a sub 100-Â scale / Y. Martin, C. C. Williams, H. K. Wickramasinghe // J. Appl. Phys. - 1987. -Vol. 61. - № 10. - P. 4723-4729.

64. Frequency modulation detection using high-Q cantilevers for enhanced force microscope sensitivity / T. R. Albrecht et al. // J. Appl. Phys. - 1991. - Vol. 69. -№ 10. - P. 668-673.

65. Giessibl, F. J. Atomic resolution of the silicon (111)-(7*7) surface by atomic force microscopy / F. J. Giessibl // Science. - 1995. - Vol. 267. - № 5194. - P. 68-71.

66. Defect motion on an InP (110) surface observed with noncontact atomic force microscopy / Y. Sugawara et al // Science. - 1995. - Vol. 270. - № 5242 -P. 1646-1648.

67. Kitamur, S. Observation of silicon surfaces using ultrahigh-vacuum noncontact atomic force microscopy / S. Kitamura, M. Iwatsuki // Jpn. J. Appl. Phys. - 1996. -Vol. 35. - P 668-671.

68. Garcia, R. Local oxidation of silicon surfaces by dynamic force microscopy: Nanofabrication and water bridge formation / R. Garcia, M. Calleja, F. Pérez-Murano // Appl. Phys. Lett. - 1998. - Vol. 72. - № 18. - P. 2295-2297.

69. Imaging and modification of polymers by scanning tunneling and atomic force microscopy / T. R. Albrecht et al. // J. Appl. Phys. - 1988. - Vol. 64. - № 3 -P. 1178-1184.

70. Review of ferroelectric domain imaging by piezoresponse force microscopy / A. L. Kholkin et al. // Scanning Probe Microscopy / ed. by S. Kalinin, A. Gruverman. - New York : Springer New York, 2007. - P. 173-214.

71. Soergel, E. Piezoresponse force microscopy (PFM) / E. Soergel // J. Phys. D-Appl. -2011. - Vol. 44. - № 46. - P. 464003.

72. Kalinin, S. Imaging mechanism of piezoresponse force microscopy of ferroelectric surfaces / S. Kalinin, D. Bonnell // Phys. Rev. B. - 2002. - Vol. 65. - № 12. -P.125408

73. Vector Piezoresponse Force Microscopy / S. V. Kalinin et al. // Microsc. Microanal. - 2006. - Vol. 12. - № 3. - P. 206-220.

74. In-plane polarization contribution to the vertical piezoresponse force microscopy signal mediated by the cantilever "buckling" / D.O. Alikin et al. // Appl. Surf. Sci. -2021. - Vol. 543. - P. 148808.

75. Nonnenmacher, M. Kelvin probe force microscopy / M. Nonnenmacher, M. P. Oboyle, H. K. Wickramasinghe // Appl. Phys. Lett. - 1991. - Vol. 58. -№ 25. - P. 2921-2923.

76. Kelvin probe force microscopy and its application / W. Melitz et al. // Surf. Sci. Rep. - 2011. - Vol. 66. - № 1. - P. 1-27.

77. Real versus measured surface potentials in scanning kelvin probe microscopy / D. S. H. Charrier et al. // ACS Nano. - 2008. - Vol. 2. - № 4. - P. 622-626.

78. Иона, Ф. Сегнетоэлектрические кристаллы / Ф. Иона, Д. Ширане. - М.: Мир, 1965. - 555 с.

79. Лайнс, М.Е. Сегнетоэлектрики и родственные им материалы / М. Е. Лайнс, А. М. Гласс. - М.: Мир, 1981. - 736 с.

80. Shur, V. Kinetics of ferroelectric domains: application of general approach to LiNbO3 and LiTaO3 / V. Shur // J. Mat. Science - 2006. - Vol. 41. - P. 199-210.

81. Кинетика доменной структуры при сверхбыстром переключении поляризации в германате свинца / В. Шур и др. // Письма в ЖЭТФ - 1991. - Т. 53. -С. 591-594.

82. Gopalan, V. In situ video observation of 180° do-main kinetics in congruent LiNbO3 / V. Gopalan, Q. Jia, T. Mitchell // Appl. Phys. Lett. - 1999. - V. 75. -№ 16. - P. 2482-2484.

83. Кузьминов, Ю. Ниобат и танталат лития - материалы для нелинейной оптики / Ю. Кузьминов. - М.: Наука, 1975. - 224 с.

84. Кузьминов Ю., Электрооптический и нелинейнооптический кристалл ниобата лития / Ю. Кузьминов. - М.: Наука, 1987. - 264 с.

85. Объемная визуализация 180° сегнетоэлектрических доменов в LiNbO3 с помощью электрооптических эффектов / А. И. Отко и др. // ФТТ - 1989. -Т. 31. - С. 42-47.

86. Gopalan, V. Mitchell T., In situ video observation of 180° domain switching in LiTaO3 by electro-optic imaging microscopy / V. Gopalan, T. Mitchell // J. Appl. Phys. - 1999. - Vol. 85. - № 4. - P. 2304-2311.

87. Dynamics of ferroelectric domain growth in the field of atomic force microscope / A. Agronin et al. // Journal of Applied Physics. - 2006. - Vol. 99. - № 10. -P.104102.

88. Domain wall creep in epitaxial ferroelectric Pb(Zr0.2Ti0.8)O3 thin films / T. Tybell et al. // Phys. Rev. Lett. - 2002. - Vol. 89. - № 9. - P. 097601.

89. Microscale to nanoscale ferroelectric domain and surface engineering of a near-stoichiometric LiNbO3 crystal / K. Terabe et al. // Appl. Phys. Lett. - 2003. -Vol. 82. - № 3. - P. 433-435.

90. Local polarization dynamics in ferroelectric materials / S. V. Kalinin et al. // Reports Prog. Phys. -2010. - Vol. 73. - № 5. - P. 056502.

91. Ferroelectric domain inversion: The role of humidity / D. Dahan et al. // Appl. Phys. Lett. - 2006. - Vol. 89. - № 15. - P. 152902.

92. Influence of adsorbed surface layer on domain growth in the field produced by conductive tip of scanning probe microscope in lithium niobate / V. Ya. Shur et al. // J. Appl. Phys. - 2011. - Vol. 110. - № 5. - P. 052017.

93. Pertsev, N. A. Subsurface nanodomains with in-plane polarization in uniaxial ferroelectrics via scanning force microscopy / N. A. Pertsev, A. L. Kholkin // Phys. Rev. B - 2013. - Vol. 88. - № 17. - P. 174109.

94. Ferroelectric domain breakdown / M. Molotskii et al // Phys. Rev. Lett. - 2003. -Vol. 90. - № 10 - P. 107601.

95. Molotskii, M. Ferroelectric Domain Breakdown / M. Molotskii, Y. Rosenwaks, G. Rosenman // Annu. Rev. Mater. Res. - 2007. - Vol. 37. - P. 271-296.

96. Shur, V. Ya. Nano- and micro-domain engineering in normal and relaxor ferroelectrics / V. Ya. Shur // Handbook of Advanced Dielectric, Piezoelectric and Ferroelectric Materials. - Elsevier, 2008. - P. 622-669.

97. Fatuzzo, E. Ferroelectricity / E. Fatuzzo, W. J. Merz. - North-Holland Publishing Company. - Amsterdam, 1967.

98. Miller, R. C. Mechanism for the sidewise motion of 180° domain walls in Barium Titanate / R. C. Miller, G. Weinreich // Phys. Rev. - 1960. - Vol. 117. - № 6. -P. 1460.

99. Cahn, J. W. Theory of crystal growth and interface motion in crystalline materialsTheorie de la croissance de cristaux et mouvement d'interface dans des materiaux cristallinsTheorie des Kristallwachstums und der Bewegung von Grenzflächen von Kristallinem material / J. W. Cahn // Acta Metall. - 1960. -Vol. 8. - P. 554-562.

100. Shur, V. Ya. Ferroelectric thin films: synthesis and basic properties / V. Ya. Shur // Ferroelectricity and related phenomena (Gordon & Breach Science Publishers. -Amsterdam, 1996. - Vol. 10. - P. 153-192.

101. Tip-induced domain growth on the non-polar cuts of lithium niobate single-crystals / D. O. Alikin et al. // Appl. Phys. Lett. - 2015. - Vol. 106. - № 18. - P. 182902.

102. Self-organized formation of quasi-regular ferroelectric nanodomain structure on the nonpolar cuts by grounded SPM tip / A. P. Turygin et al. // ACS Appl. Mat. Int. -2018. - Vol. 10. - № 42. - P. 36211-36217.

103. Marwan, N. Recurrence plots for the analysis of complex systems / N. Marwanet et al. // Phys. Rep. - 2007. - Vol. 438. - P. 237-329.

104. Forsbergh, P. W., Jr. Domain structures and phase transitions of barium titanate / P. W. Forsbergh, Jr. // Phys. Rev. - 1949 - Vol. 76. - № 8. - P. 1187-1201.

105. Hippel, A. Ferroelectricity domain structure and phase transitions of barium titanate / A. Hippel // Revs. Mod. Phys. - 1950. - Vol. 22. - № 3. - P. 221-237.

106. Желудев, И. С. Сегнетоэлектрические фазовые переходы и симметрия кристаллов / И. С. Желудев, Л. А. Шувалов // Кристаллография. - 1956. -Т. 1. - В. 4. - С. 681-688.

107. Желудев, И. С. Ориентация доменов и макро-симметрия свойств сегнетоэлектрических кристаллов / И. С. Желудев, Л. А. Шувалов // Изв. АН СССР. Сер. Физ. - 1957. - Т. 21. - № 2. - С. 264-274.

108. Ming, N.-B. The growth striations and ferroelectric domain structures in Czochralski-grown LiNbO3 single crystals / N.-B. Ming, J.-F. Hong, D. Feng // J. Mater. Sci. - 1982. - Vol. 17. - № 6. - P. 1663-1670.

109. Enhancement of second-harmonic generation in LiNbO3 crystals with periodic laminar ferroelectric domains / D. Feng et al. // Appl. Phys. Lett. - 1980. - Vol. 37. - № 7. - P. 607-609.

110. Periodically poled LiNbO3 for high-efficiency second-harmonic generation / Jundt D. H. et al. // Appl. Phys. Lett. - 1991. - Vol. 59. - № 21. - P. 2657-2659.

111. Fabrication of periodically inverted domain structures in LiTaO3 and LiNbO3 using proton exchange / S. Makio et al. // Appl. Phys. Lett. - 1992. - Vol. 61. - № 26. -P. 3077-3079.

112. Feisst, A. Current induced periodic ferroelectric domain structures in LiNbO3 applied for efficient nonlinear optical frequency mixing / A. Feisst, P. Koidl // Appl. Phys. Lett. - 1985. - Vol. 47. - № 11. - P. 1125-1127.

113. First-order quasi-phase matched LiNbO3 waveguide periodically poled by applying an external field for efficient blue second-harmonic generation / M. Yamada et al. // Appl. Phys. Lett. - 1993. - Vol. 62. - № 5. - P. 435-436.

114. Periodically poled LiNbO3 crystals from 1D and 2D to 3D / T. X. Wang et al. // Sci. China: Technol. Sci. - 2020. - Vol. 63. - P. 1110-1126.

115. Ishizuki, H. Periodical poling characteristics of congruent MgO:LiNbO3 crystals at elevated temperature / H. Ishizuki, I. Shoji, T. Taira // Appl. Phys. Lett. - 2003. -Vol. 82. - № 23. - P. 4062-4064.

116. Goldberg, L. Blue light generation in bulk periodically field poled LiNbO3 / L. Goldberg, R. W. McElhanon, W. K. Burns // Electron. Lett. - 1995. - Vol. 31. -№ 18. - P. 1576-1577.

117. Sonoda, S. Second harmonic generation in electric poled X-cut MgO-doped LiNbO3 waveguides / S. Sonoda, I. Tsuruma, M. Hatori // Appl. Phys. Lett. - 1997. -Vol. 70. - № 23. - P. 3078-3080.

118. Myers, L. E. Periodically poled lithium niobate and quasi-phase-matched optical parametric oscillators / L. E. Myers, W. R. Bosenberg // IEEE J. Quantum Electron.

- 1997. - Vol. 33. - № 10. - P. 1663-1672.

119. Harris, S. E. Proposed backward wave oscillation in the infrared / S. E. Harris // Appl. Phys. Lett. - 1966. - Vol. 9. - P. 114-116.

120. Electron-beam-induced domain poling in LiNbO3 for two-dimensional nonlinear frequency conversion / Y. Glickman et al. // Appl. Phys. Lett. - 2006. - Vol. 88. -№ 1. - P. 011103.

121. Electron-beam poling on Ti:LiNbO3 / C. Restoin et al. // Appl. Opt. - 2001. -Vol. 40. - № 33. - P. 6056-6061.

122. Calligraphic poling of lithium niobate / M. Mohageg et al. // Opt. Express. - 2005.

- Vol. 13. - № 9. - P. 3408-3419.

123. Noncollinear second-harmonic generation in sub-micrometer-poled RbTiOPO4 / S. Moscovich et al. // Opt. Express. - 2004. - Vol. 12. - № 10. - P. 2236-2242.

124. Qi, Y. Integrated lithium niobate photonics / Y. Qi, Y. Li // Nanophotonics. - 2020.

- Vol. 9. - № 6. - P. 1287-1320.

125. Bridgman, P.W. Certain physical properties of single crystals of Tungsten, Antimony, Bismuth, Tellurium, Cadmium, Zinc, and Tin / P. W. Bridgman // Proceedings of the American Academy of Arts and Sciences. - 1925. - Vol. 60. -№ 6. - P. 305-383.

126. Kalinin, S. V. Nanoelectromechanics of piezoresponse force microscopy / S. V. Kalinin, E. Karapetian, M. Kachanov // Phys. Rev. B. - 2004. - Vol. 70. -№ 18. - P. 184101.

127. Mele, E. J. Screening of a point charge by an anisotropic medium: Anamorphoses in the method of images / E. J. Mele // Am. J. Phys. - 2001. -Vol. 69. - № 5. -P. 557-562.

128. Complex study of bulk screening processes in single crystals of lithium niobate and lithium tantalate family / V. Ya. Shur et al. // Phys. Solid State. - 2010. -Vol. 52. - P. 2147-2153.

129. Shur, V. Ya. Kinetics of polarization reversal in normal and relaxor ferroelectrics: relaxation effects / V. Ya. Shur // A Multinational J. - 1998. - Vol. 65. - № 1-4. -P. 49-72.

130. Conductions through head-to-head and tail-to-tail domain walls in LiNbO3 nanodevices / X. Chai et al. // J. Alloys Compd. - 2021. - Vol. 873. - P. 159837.

131. Anisotropic conductance at improper ferroelectric domain walls / D. Meier et al. // Na-ture materials. - 2012. - Vol. 11. - P. 284-288.

132. №MaanoBa, А. Ф. Метод Левенберга-Марквардта для задач безусловной оптимизации / А. Ф. Измаиловa, А. С. Куренной, П. И. Стецюк // Вестник российских университетов. Математика. - 2019. - Т. 24. - В. 125. - С. 60-74.

133. Multistep stochastic mechanism of polarization reversal in rhombohedral ferroelectrics / Y. A. Genenko et al. // Phys. Rev. B. - 2020. - Vol. 102. - № 6. -P.064107.

Список публикаций по теме диссертации

Статьи, опубликованные в рецензируемых научных журналах и изданиях,

определенных ВАК РФ и Аттестационным советом УрФУ:

A1 The formation of self-organized domain structures at non-polar cuts of lithium niobate as a result of local switching by an SPM tip / A. P. Turygin, D. O. Alikin, Yu. M. Alikin, V. Ya. Shur // Materials - 2017. - Vol. 10. - № 10. - P. 1143. -0,75 п.л./ 0,2 п.л. - (Scopus, Web of Science).

A2 Self-organized domain formation by moving the biased SPM tip / A. P. Turygin, Yu. M. Alikin, E. A. Neradovskaia, D. O. Alikin, V. Ya. Shur // Ferroelectrics -2019. - Vol. 542. - № 1. - P. 70-76. - 0,4 п.л./ 0,1 п.л. - (Scopus, Web of Science).

A3 Tilt control of the charged domain walls created by local switching on the non-polar cut of MgO doped lithium niobate single crystals / Yu. M. Alikin, A. P. Turygin, D. O. Alikin, V. Ya. Shur // Ferroelectrics - 2021. - Vol. 574. - № 1. - P. 16-22. -0,45 п.л./ 0,15 п.л. - (Scopus, Web of Science).

A4 Forward growth of ferroelectric domains with charged domain walls. Local switching on non-polar cuts / V. Ya. Shur, E. V. Pelegova, A. P. Turygin, M. S. Kosobokov, Yu. M. Alikin // J. Appl. Phys. - 2021. - Vol. 129. - № 4. -P. 044103. - 0,9 п.л./ 0,15 п.л. - (Scopus, Web of Science).

A5 Decay of domains created by local switching on non-polar cut of MgO doped LiNbO3 single crystals / Yu. M. Alikin, A. P. Turygin, M. S. Kosobokov, D. O. Alikin, V. Ya. Shur // Ferroelectrics - 2022. - Vol. 592. - № 1. - P.12-18. -0,5 п.л./ 0,15 п.л. - (Scopus, Web of Science).

A6 Competition between ferroelectric and ferroelastic domain wall dynamics during local switching in rhombohedral PMN-PT single crystals / Denis Alikin, Anton Turygin, Andrei Ushakov, Mikhail Kosobokov, Yurij Alikin, Qingyuan Hu, Xin Liu, Zhuo Xu, Xiaoyong Wei, Vladimir Shur // Nanomaterials - 2022. -Vol. 12. - № 21. - P. 3912. - 1,4 п.л./ 0,15 п.л. - (Scopus, Web of Science).

A7 Interaction of wedge-like domains created by local polarization reversal on nonpolar

cut of lithium niobate / Yu. M. Alikin, A. P. Turygin, D. O. Alikin, V. Ya. Shur // Ferroelectrics - 2023. - Vol. 604. - № 21. - P.25-31. - 0,4 п. л./ 0,1 п. л. - (Scopus, Web of Science).

Тезисы международных и всероссийских научных конференций:

1. Tip-induced domain switching in the non-polar cuts of lithium niobate doped with magnesium oxide / Yu. M. Alikin, D. O. Alikin, A. P. Turygin, D. K. Kuznetsov, Shur V. Ya. // Тезисы докладов III Международная молодежная научная конференция «Физика. Технологии. Инновации» (ФТИ-2016), Екатеринбург, Россия, 16-20 мая 2016 г. - С. 239-240. - 0,1 п.л./ 0,02 п.л.

2. Исследование переключения поляризации в неоднородном поле зонда сканирующего зондового микроскопа на неполярных срезах ниобата лития легированного оксидом магния / Ю. М. Аликин, Д. О. Аликин, А. П. Турыгин, В. Я. Шур // Тезисы докладов XVII Всероссийской школы-семинара по проблемам физики конденсированного состояния вещества (СПФКС-17), Екатеринбург, Россия, 15-22 ноября 2016 г. - С. 183. - 0,1 п.л./ 0,02 п.л.

3. Switching by the grounded tip and local charge injection on the non-polar cuts of lithium niobate crystal / Anton Turygin, Denis Alikin, Yuri Alikin, Vladimir Shur // Abstracts of the Joint RCBJSF-IWRF Conference, Matsue, Japan, June 19-23, 2016. - ID. 1834617. - 0,1 п.л./ 0,02 п.л.

4. Исследование обратного переключения поляризации в поле зонда сканирующего зондового микроскопа на неполярных поверхностях MgO:LN / Ю. М. Аликин, Д. О. Аликин, А. П. Турыгин, В. Я. Шур // Тезисы докладов 23-я Всероссийская научная конференция студентов физиков (ВНКСФ -23), Екатеринбург, 1-8 апреля 2017 г. - С. 144. - 0,1 п.л./ 0,02 п.л.

5. Spontaneous backswitching during tip-induced polarization reversal at lithium niobate non-polar surfaces / Yu. M. Alikin, D. O. Alikin, A. P. Turygin, M. M. Neradovskiy, V. Ya. Shur // Тезисы докладов IV Международная молодежная научная конференция «Физика. Технологии. Инновации» (ФТИ-2017), Екатеринбург, Россия, 15-19 мая 2017 г. - С. 163-164. - 0,1 п.л./ 0,02 п.л.

6. Исследование эффекта самоорганизации роста доменов в неполярных срезах ниобата лития / А. П. Турыгин, Ю. М. Аликин, Д. О. Аликин, В. Я. Шур // Сборник тезисов XXI Всероссийской конференции по физике сегнетоэлектриков (ВКС-XXI), Казань, Россия, 25-30 июня 2017 г. - C. 189. -0,1 п.л./ 0,02 п. л.

7. Formation of self-assembled domain structure at non-polar surfaces of LiNbO3 by tip scanning without application of external field / Yu. M. Alikin, D. O. Alikin, A. P. Turygin, V. Ya. Shur // Book of Abstracts of the 14th International Meeting on Ferroelectricity (IMF 2017), San Antonio, USA, September 4-8, 2017. - P. 81. -0,1 п.л./ 0,02 п. л.

8. Self-organized domain structure at non-polar cuts of lithium niobate as a result of local switching / Yu. M. Alikin, D. O. Alikin, A. P. Turygin, M. S. Kosobokov, V. Ya. Shur // Тезисы докладов V Международная молодежная научная конференция «Физика. Технологии. Инновации» (ФТИ-2018), Екатеринбург, Россия, 14-18 мая 2018 г. - С. 88. - 0,1 п.л./ 0,02 п.л.

9. Аномальная форма доменов, формирующихся при локальном переключении поляризации на неполярных срезах монокристаллов ниобата лития / Ю. М. Аликин, Д. О. Аликин, А. П. Турыгин, В. Я. Шур // Сборник тезисов Международной онлайн-конференции «Исследование сегнетоэлектрических материалов российскими учеными. Столетие открытия сегнетоэлектричества» (СЭ-100), Екатеринбург, Россия, 17-19 августа 2020 г. - С. 137-138. - 0,1 п.л./ 0,02 п.л.

10. Прямое прорастание доменов в одноосных сегнетоэлектриках. Исследование методами сканирующей зондовой микроскопии / В. Я. Шур, Е. В. Пелегова, М. С. Кособоков, Ю. М. Аликин, А. П. Турыгин, // Труды XXV Международного симпозиума «Нанофизика и наноэлектроника», Нижний Новгород, Россия, 9-12 марта 2021 г. - Т. 1. - С. 352-353. - 0,1 п.л./ 0,02 п.л.

11. Forward growth of ferroelectric domains with charged domain walls. Local switching on non-polar cuts / V.Ya. Shur, E.V. Pelegova, A.P. Turygin, M.S. Kosobokov, Yu.M. Alikin // Abstracts of the 32nd Annual Workshop 2021 on

the Fundamental Physics of Ferroelectrics and Related Materials (Ferro2021), USA, February 1-3, 2021. - P. 1-2. - 0,1 п.л./ 0,02 п.л.

12. Изменение формы доменов с заряженными доменными стенками при локальном переключении поляризации на неполярном срезе MgO:LN / Ю. М. Аликин, Д. О. Аликин, А. П. Турыгин, В. Я. Шур // Сборник тезисов XXII Всероссийской конференции по физике сегнетоэлектриков (ВКС -XXII), Екатеринбург, Россия, 25-28 августа 2021 г. - C. 206-207. - 0,1 п.л./ 0,02 п.л.

13. Forward growth of ferroelectric domains with charged domain walls. Local switching on non-polar cuts / Vladimir Shur, Elena Pelegova, Anton Turygin, Mikhail Kosobokov, Yuri Alikin // The IEEE International Symposium on Applications of Ferroelectrics (ISAF), International Symposium on Integrated Functionalities (ISIF) and Piezoresponse Force Microscopy (PFM) IEEE ISAF-ISIF-PFM 2021, Sidney, Australia, May 16-21, 2021. - ID. 3186. - 0,1 п.л./ 0,02 п.л.

14. Формирование самоорганизованной доменной структуры при локальном переключении поляризации в монокристаллах магнониобата-титаната свинца / Ю. М. Аликин, Д. О. Аликин, А. П. Турыгин, В. Я. Шур, А. Д. Ушаков, М. С. Кособоков и др. // Труды XXVI Международного симпозиума «Нанофизика и наноэлектроника», Нижний Новгород, Россия, 14-17 марта 2022 г. - Т. 1. - С. 415-416. - 0,1 п.л./ 0,02 п.л.

15. Рост клиновидных доменов при локальном переключении поляризации на неполярном срезе ниобата лития / Ю. М. Аликин, Д. О. Аликин, А. П. Турыгин, М. С. Кособоков, В. Я. Шур // Сборник тезисов IV международный семинар "Современные нанотехнологии" (IWMN-2022), Екатеринбург, Россия, 24-27 августа 2022 г. - C. 40-41. - 0,1 п.л./ 0,02 п.л.

16. Decay of domains with charged walls created by local switching on nonpolar cut of MgO doped LiNbO3 single crystal / Yury Alikin, Anton Turygin, Denis Alikin, Mikhail Kosobokov, Vladimir Shur // Сборник тезисов Международного симпозиума по применению сегнетоэлектриков (ISAF-PFM-ECAPD), Tours, France, June 27-July 1, 2022. - No. 2412. - 0,1 п.л./ 0,02 п.л.