Вплив розмірних ефектів на характеристики фероелектриків в приладах мікроелектроніки

Скорочена інформація про документ
dc.contributor.advisorМорозовська, Ганна Миколаївна
dc.contributor.authorШевлякова, Ганна Вікторівна
dc.date.accessioned2021-09-14T09:40:07Z
dc.date.available2021-09-14T09:40:07Z
dc.date.issued2021
dc.description.abstractukДисертаційна робота присвячена встановленню впливу розмірних ефектів на діелектричні, піроелектричні та електрокалоричні характеристики сферичних фероелектричних наночастинок в приладах мікро- на наноелектроніки, таких як піроелектричні сенсори та твердотільні охолоджувачі. Фероелектричні матеріали є незамінними елементами піроелектричних сенсорів та електрокалоричних охолоджувачів, які є актуальним для існуючих та інноваційних рішень у галузі безпеки та енергетики. Однак, усі існуючі фероелектрики вимагають значного вдосконалення своїх робочих характеристик, щоб задовольнити сучасні вимоги до передових багатофункціональних пристроїв. Дослідження нанорозмірних фероелектриків є перспективним з точки зору можливості керування властивостями композиту шляхом підбору розміру наночастинок з метою досягнення максимального електрокалоричного відгуку та піроелектричного перетворення. Використовуючи теоретичний підхід Ландау-Гінзбурга-Девоншира, аналітично розраховано типові залежності параметрів піроелектричного та електрокалоричного перетворення від зовнішнього електричного поля, температури та радіусу для сферичних монодоменних фероелектричних наночастинок типу «ядро-оболонка». Розглянута фізична модель відповідає нанокомпозитам з малою концентрацією фероелектричних наночастинок. В межах аналітичної моделі з’ясовано, як зміна розміру наночастинок впливає на температуру та поведінку параметрів піроелектричного та електрокалоричного перетворення в електричному полі на прикладі наночастинок BaTiO3, вкритих напівпровідниковою оболонкою та поміщених у діелектричний полімер. Показано, що змінюючи розмір частинки можна отримати максимуми піроелектричного коефіцієнта і зміни електрокалоричної температури, а також змінювати їхні ширину, величину та знак. Отримані аналітичні вирази дозволяють обрати інтервал розмірів частинок, прикладеної напруги та/або температури, за яких показники піроелектричного і електрокалоричного перетворення та електрокалоричний коефіцієнт будуть оптимальними для застосування. Розглянутий розмірний ефект відкриває можливість керування піроелектричними та електрокалоричними властивостями фероелектричних нанокомпозитів, що може бути важливим для поширення їх застосування у перетворювачах енергії та охолоджувальних системах. Розглянуто вплив ансамблю невзаємодіючих сферичних однодоменних фероелектричних наночастинок типу «ядро-оболонка» різного розміру, вбудованих в діелектричну матрицю. Функція розподілу за розмірами цих наночастинок вибирається як усічений розподіл Гауса від мінімального до максимального радіуса. Для таких нанокомпозитів обчислено залежності електричної поляризації, зміни електрокалоричної температури та діелектричної проникності від зовнішнього електричного поля, які мають характерну форму петель гістерезису. Також обчислено температурні залежності спонтанної поляризації, електрокалоричної зміни температури, піроелектричного та електрокалоричного коефіцієнтів. Проаналізовано залежність перелічених температурних та польових характеристик від параметрів функції розподілу частинок за розміром. Продемонстровано, що залишкова поляризація, коерцитивне поле, максимуми діелектричної проникності та максимуми і мінімуми зміни електрокалоричної температури найсильніше залежать від найбільш імовірного радіуса та дисперсії, і мають найслабшу залежність від максимального радіуса наночастинки. Показано, що температурні залежності спонтанної поляризації, параметри максимумів піроелектричного та електрокалоричного коефіцієнтів за однакової величини дисперсії сильно залежать від найбільш ймовірного радіусу, а за однакової величини найбільш ймовірного радіусу слабко залежать від дисперсії. Розраховано та проаналізовано залежності піроелектричних факторів якості від середнього радіуса наночастинок у композиті. Залежності підтверджують наявність фазового переходу, індукованого розміром наночастинок, який характеризується наявністю максимумів поблизу середнього критичного радіуса частинок, значення якого зростає зі збільшенням дисперсії функції розподілу. Отримані результати відкривають нову можливість керування піроелектричними і електрокалоричними параметрами фероелектричних нанокомпозитів через параметри розподілу наночастинок за розмірами, що може бути важливим для застосувань у перетворювачах енергії та мікроохолоджувачах. Досліджено вплив пружної анізотропії, електрострикції, флексоелектрики та деформації невідповідності на морфологію доменної структури в фероелектричних наночастинках типу «ядро-оболонка» сферичної форми. Проведено моделювання скінченних елементів (МСЕ) для багатовісних фероелектричних ядер наночастинок, покритих пружно-ізотропною м’якою або пружно-анізотропною жорсткою параелектричною оболонкою, з деформаціями невідповідності. Останні індукуються різницею сталих ґратки ядра та оболонки. У випадку ядра, покритого м’якою оболонкою, результати МСЕ показують, що при кімнатній температурі єдиний поляризаційний вихор з диполярним ядром може бути стабільним, якщо електрострикційний зв’язок є відносно слабким. Зі збільшенням анізотропного електрострикційного зв’язку вихор зникає, натомість виникають складні структури замикаючих доменів, які формуються в екваторіальній площині і перетворюються на витягнутий вихор з центральною 180° доменною стінкою біля полюсів ядра. Ця складна морфологія доменів розвивається в ядрі завдяки анізотропній електрострикції, а флексоелектричний зв’язок призводить до додаткової кривизни та скручування ізоповерхонь поляризації. На відміну від цього, проведений МСЕ для ядра, покритої твердою оболонкою, показує, що при кімнатній температурі анізотропні пружні властивості оболонки можуть стабілізувати вихрові структури з трьома областями замикаючих доменів, які поступово “перетинаються” в екваторіальній площині ядра і перетворюються у 120° домени поблизу полюсів ядра. Флексоелектричний зв’язок призводить до помітного скручування доменних стінок замикаючих доменів. Деформація невідповідності компенсує викривлення стінок замикаючих доменів у ядрі, обмеженому пружноанізотропною твердою оболонкою. Наш аналіз конфігурації поляризації виявив різні типи топологічних дефектів, а саме точки Блоха та лінії Ізінга, що утворюються у фероелектричному ядрі, покритому м’якою або жорсткою оболонкою. Також нами вивчено вплив радіуса ядра на температурну поведінку морфології доменної структури, значення поляризації та температуру фазового переходу, отримано наближені аналітичні вирази для аналізу впливу пружних властивостей оболонки, і деформації невідповідності на фазові діаграми. Фазова діаграма ядра, вкритого пружно-ізотропною м’якою оболонкою, показує відносно невелике, але помітне підвищення температури фазового переходу параелектрик-фероелектрик, викликане флексоелектричним зв’язком, тоді як фазова діаграма для ядра, покритого пружно-анізотропною жорсткою оболонкою виявляє відносно сильний вплив деформації невідповідності. Ефект флексоелектричного зв’язку незначний для жорстких оболонок. Аналітичні результати, отримані в результаті цього дослідження, можуть бути використані для оптимізації розмірів фероелектричних наночастинок типу «ядрооболонка» для сучасних застосувань у наноелектроніці та наноохолоджувачах. Зокрема, отримані аналітичні результати дозволяють підбирати оптимальні параметри для досягнення високих негативних значень електрокалоричної зміни температури ансамблю не взаємодіючих наночастинок ядро-оболонка, що важливо для перетворювачів енергії та систем охолодження. Фероелектричні наночастинки ядро-оболонка, поляризація яких розташована у вихороподібній структурі з різними типами точок Блоха та / або диполярних ядер, є перспективними кандидатами для нанорозмірних польових транзисторів та логічних блоків.uk
dc.format.page165 с.uk
dc.identifier.citationШевлякова, Г. В. Вплив розмірних ефектів на характеристики фероелектриків в приладах мікроелектроніки : дис. … д-ра філософії : 153 Мікро- та наносистемна техніка / Морозовська Ганна Миколаївна. – Київ, 2021. – 165 с.uk
dc.identifier.urihttps://ela.kpi.ua/handle/123456789/43747
dc.language.isoukuk
dc.publisher.placeКиївuk
dc.subjectелектрокалоричні охолоджувачіuk
dc.subjectпіроелектричні сенсориuk
dc.subjectфероелектричні наночастинкиuk
dc.subjectелектрокалоричні та піроелектричні властивостіuk
dc.subjectрозмірний ефектuk
dc.subjectперетворення енергіїuk
dc.subjectфазовий перехідuk
dc.subjectпоказник якостіuk
dc.subjectelectrocaloric coolersuk
dc.subjectpyroelectric sensorsuk
dc.subjectferroelectric nanoparticlesuk
dc.subjectelectrocaloric and pyroelectric propetiersuk
dc.subjectsize effectuk
dc.subjectenergy conversionuk
dc.subjectphase transitionuk
dc.subjectfigure of merituk
dc.subject.udc681.586, 621.382, 537.226uk
dc.titleВплив розмірних ефектів на характеристики фероелектриків в приладах мікроелектронікиuk
dc.typeThesis Doctoraluk

Файли

Контейнер файлів
Зараз показуємо 1 - 1 з 1
Ескіз
Назва:
Shevliakova_dys.pdf
Розмір:
9.71 MB
Формат:
Adobe Portable Document Format
Опис:
Завантажити
Ліцензійна угода
Зараз показуємо 1 - 1 з 1
Ескіз недоступний
Назва:
license.txt
Розмір:
9.01 KB
Формат:
Item-specific license agreed upon to submission
Опис:
Завантажити

Зібрання

Дисертації (МЕ)
Дисертації (вільний доступ)