Исследование микро- и нанодоменных структур в монокристаллах ниобата лития методом сканирующей лазерной конфокальной микроскопии комбинационного рассеяния

Зеленовский, Павел Сергеевич

Исследование микро- и нанодоменных структур в монокристаллах ниобата лития методом сканирующей лазерной конфокальной микроскопии комбинационного рассеяния тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.07 ВАК РФ

Зеленовский, Павел Сергеевич АВТОР

кандидата физико-математических наук УЧЕНАЯ СТЕПЕНЬ

Екатеринбург МЕСТО ЗАЩИТЫ

2010 ГОД ЗАЩИТЫ

01.04.07 КОД ВАК РФ

Диссертация по физике на тему «Исследование микро- и нанодоменных структур в монокристаллах ниобата лития методом сканирующей лазерной конфокальной микроскопии комбинационного рассеяния»

Автореферат диссертации на тему "Исследование микро- и нанодоменных структур в монокристаллах ниобата лития методом сканирующей лазерной конфокальной микроскопии комбинационного рассеяния"

На правах рукописи

ЗЕЛЕНОВСКИЙ Павел Сергеевич

ИССЛЕДОВАНИЕ МИКРО- И НАНОДОМЕННЫХ СТРУКТУР В МОНОКРИСТАЛЛАХ НИОБАТА ЛИТИЯ МЕТОДОМ СКАНИРУЮЩЕЙ ЛАЗЕРНОЙ КОНФОКАЛЬНОЙ МИКРОСКОПИИ КОМБИНАЦИОННОГО РАССЕЯНИЯ

01.04.07 - физика конденсированного состояния

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Екатеринбург - 2010

1 1 НОЯ 2010

004612354

Работа выполнена на кафедре компьютерной физики и в лаборатории сегне-тоэлектриков отдела оптоэлектроники и полупроводниковой техники НИИ физики и прикладной математики ГОУ ВПО "Уральский государственный университет им. A.M. Горького" совместно с лабораторией оптических и фотонных материалов и систем Университета им. Поля Верлена, г. Мец, Франция.

Научные руководители - доктор физико-математических наук,

профессор Шур Владимир Яковлевич

доктор физико-математических наук, профессор Бурсон Патрис

Официальные оппоненты - доктор физико-математических наук,

профессор Кащенко Михаил Петрович

доктор физико-математических наук, профессор Втюрин Александр Николаевич

Ведущая организация — Институт автоматики и электрометрии

СО РАН, г. Новосибирск

Защита состоится 11 ноября 2010 г. в 15 часов на заседании диссертационного совета Д 212.286.01 по защите докторских и кандидатских диссертаций при ГОУ ВПО "Уральский государственный университет им. A.M. Горького" (620000, г. Екатеринбург, пр. Ленина 51, комн. 248).

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке ГОУ ВПО «Уральский государственный университет им. A.M. Горького".

Автореферат разослан « 6 » октября 2010 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, доктор физ.-мат. наук

Н.В. Кудреватых

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. В настоящее время изучение кинетики структурных фазовых переходов является одним из наиболее важных направлений физики твердого тела. Особый интерес представляют сегнетоэлектрические кристаллы, обладающие спонтанной поляризацией, направление которой можно изменять воздействием электрического поля. Процесс переключения поляризации, происходящий за счет образования и роста индуцированных полем доменов, может быть рассмотрен как аналог фазового превращения при фазовом переходе первого рода.

Запаздывание экранирования .деполяризующих полей, создаваемых связанными зарядами (диполями), играет важную роль при эволюции доменной структуры сегнетоэлектриков. Неполное экранирование приводит к существенному изменению механизмов движения доменных стенок и формы растущих доменов, а при полностью неэффективном экранировании качественно изменяется кинетика доменов и преобладает одномерный анизотропный самоорганизованный рост цепей нанодоменов [1]. Изучение влияния процессов экранирования на эволюцию доменной структуры представляет собой важную фундаментальную проблему физики сегнетоэлектриков. В качестве модельного объекта для таких исследований может использоваться одноосный сегнетоэлектрик ниобат лития ЫМЬОз, обладающий сравнительно простой и наблюдаемой оптическими методами доменной структурой. Для экспериментального исследования нанодоменов необходимы методы визуализации с высоким пространственным разрешением.

Интерес к практическому применению ниобата лития сильно возрос в последнее время в связи с развитием доменной инженерии, которая занимается разработкой методов создания стабильных регулярных доменных структур в важных для практического применения сегнетоэлектрических монокристаллах. Одной из наиболее важных задач доменной инженерии является создание фотонных кристаллов - нелинейно-оптических материалов с прецизионной периодической доменной структурой, - для построения эффективных преобразователей частоты когерентного излучения. Приложение электрического поля остается наиболее популярным и надежным методом доменной инженерии, который позволяет создавать объемные периодические структуры с микронными периодами. Однако для некоторых приложений требуются фотонные кристаллы с доменными структурами субмикронных периодов.

Монокристаллы семейства ниобата лития успешно используются и в устройствах памяти, где создание нанодоменов позволило получить рекордную плотность записи информации более 10 Тбит/кв. дюйм [2].

Оптическая микроскопия занимает особое место среди многочисленных экспериментальных методов визуализации сегнетоэлектрических доменов. Несмотря на скромное по сравнению с зондовыми методами пространственное разрешение, ограниченное дифракционным пределом, оптические методы обладают рядом очевидных достоинств. Они универсальны, сравнительно просты в реализации и не повреждают исследуемые сегнетоэлектрики. Недавно была продемонстрирована возможность увеличения разрешения и преодоления дифракционного предела при использовании конфокальной микроскопии.

Таким образом, исследования нанодоменов с использованием новых методов их визуализации, направленные на управление параметрами нанодоменных структур, имеют важное фундаментальное и прикладное значение.

Целью работы является экспериментальное и теоретическое исследование микро- и нанодоменных структур в монокристаллах семейства ниобата лития, а также пространственного распределения электрических полей вблизи доменных стенок методом сканирующей лазерной конфокальной микроскопии комбинационного рассеяния света.

Для реализации поставленной цели были сформулированы следующие основные задачи:

1. Исследовать изменения спектров комбинационного рассеяния вблизи заряженных и незаряженных доменных стенок.

2. Исследовать пространственное распределение и релаксацию внутренних электрических полей.

3. Исследовать влияние пироэлектрического поля на спектры комбинационного рассеяния.

4. Рассчитать методами компьютерного моделирования изменения спектра колебаний кристаллической решетки под действием электрического поля.

Объекты исследования.

Микро- и нанодоменные структуры исследовались в монокристаллах стехио-метрического, конгруэнтного и легированного М§0 ниобата лития. Эти материалы наиболее популярны для нелинейно-оптических и акустических применений. Развитие методов создания стабильных регулярных доменных структур с микронными и субмикронными периодами исключительно важно для преобразования длины волны лазерного излучения с использованием эффекта квазифазового синхронизма. Получение субмикронных периодов является принципиальным достижением, которое откроет качественно новые возможности при создании фотонных кристаллов.

Научная новизна работы заключается в следующем:

• Впервые на примере монокристаллов семейства ниобата лития обнаружено аномально сильное изменение величин смещения частоты и полуширины спектральных линий комбинационного рассеяния вблизи заряженных сегнетоэлек-трических доменных стенок.

• Показано, что сканирующая лазерная конфокальная микроскопия комбинационного рассеяния может быть использована для визуализации микро- и нанодоменных структур как на поверхности, так и в объеме монокристаллов семейства ниобата лития.

• Впервые обнаружен эффект смещения частот линий комбинационного рассеяния под действием пироэлектрического поля и изучена релаксация эффекта.

• Предложена модель для объяснения наблюдаемых изменений спектра комбинационного рассеяния за счет пространственно неоднородного распределения электрического поля вблизи доменной стенки.

• Методами компьютерного моделирования рассчитаны изменения частот колебательных мод монокристаллов ниобата лития под действием электрического поля. Полученные результаты качественно согласуются с экспериментом.

Практическая значимость.

Визуализация микро- и нанодоменов в объеме монокристаллов ниобата лития с помощью сканирующей лазерной конфокальной микроскопии комбинационного рассеяния открывает широкие возможности для неразрушающего контроля геометрических параметров периодических доменных структур и изучения формирования микро- и нанодоменных структур.

Измерение пространственного распределения электрических полей вблизи доменных стенок позволяет получать важную информацию о взаимодействии нанодоменов. Полученные результаты представляют значительный интерес для развития методов нанодоменной инженерии, направленных на создание субмикронных периодических доменных структур для устройств нелинейной оптики.

Достоверность полученных результатов обеспечивается применением современного и надежного аттестованного оборудования для измерения спектров комбинационного рассеяния, надежной статистикой проведенных экспериментов, применением современных и независимых методов обработки данных, согласием с экспериментальными результатами других авторов и непротиворечивостью известным физическим моделям. Достоверность проведенных расчетов подтверждается использованием современного программного обеспечения, обоснованностью принятых допущений, точностью математических методов решения, выкладок и расчетов, согласованностью с имеющимися экспериментальными данными и результатами расчетов других авторов, выполненных другими методами.

Основные положения и результаты, выносимые на защиту:

1. Аномально сильное изменение параметров некоторых спектральных линий комбинационного рассеяния вблизи заряженных доменных стенок в монокристаллах семейства ниобата лития.

2. Модель для объяснения изменений параметров линий комбинационного рассеяния вблизи доменных стенок за счет пространственно неоднородного распределения электрического поля.

3. Изменение и релаксация частот линий комбинационного рассеяния под действием пироэлектрического поля в монокристаллах семейства ниобата лития.

4. Изменения частот колебательных мод монокристаллов ниобата лития при воздействии электрического поля, полученные методами компьютерного моделирования.

5. Оригинальный метод визуализации микро- и нанодоменных структур как на поверхности, так и в объеме монокристаллов семейства ниобата лития с использованием сканирующей лазерной конфокальной микроскопии комбинационного рассеяния.

Апробация работы. Основные результаты были представлены на 17 российских и международных конференциях и симпозиумах: 11ом Международном Симпозиуме "Нанофизика и нйноэлектроника" (10-14.03.2007, Нижний Новгород), 19th International Symposium on Integrated Ferroelectrics (8-12.05.2007, Bordeaux, France), International Conference "Fundamentals of Laser assisted Micro- and Nanotechnologies" (25-28.06.2007, Санкт-Петербург), 2nd International Symposium "Micro- and Nano-scale Domain Structuring in Ferroelectrics" (22-27.08.2007, Екатеринбург), 11th European Meeting on Ferroelectricity (3-7.09.2007, Bled, Slovenia), бой Всероссийской школе-конференции "Нелинейные процессы и проблемы самоорганизации в современном материаловедении (индустрия наносистем и материалы)" (14-20.10.2007, Воронеж), XVIII Всероссийской конференции по физике сегнетоэлектриков (12-14.06.2008, Санкт-Петербург), Mini-Symposium on Periodically-Modulated and Artificially Hetero-Structured Electrooptic Devices, (1821.05.2009, Grasmere, Cumbria, UK), Journées du Groupe Français de Spectroscopic Vibrationnelle (3-5.06.2009, Metz, France), Journées Annuelles de la Société Française de Métallurgie et de Matériaux (17-19.06.2009, Rennes, France), 19th International Traveling Summer Schools on Microwaves and Lightwaves (4-10.07.2009, Rome, Italy), 3rd International Symposium "Micro- and Nano-scale Domain Structuring in Ferroelectrics" (13-18.09.2009, Ekaterinburg), 6th International Seminar on Ferroelas-tics Physics (22-25.09.2009, Voronezh), 7ой Всероссийской школе-конференции "Нелинейные процессы и проблемы самоорганизации в современном материаловедении (индустрия наносистем и материалы)" (28.09-2.10.2009, Воронеж), 7ой Курчатовской молодёжной научной школе (10-12.11.2009, Москва), 10th Russia/CIS/Baltic/Japan Symposium on Ferroelectricity (20-24.06.2010, Yokohama, Japan), 19th International Symposium on the Applications of Ferroelectrics (9-12.08.2010, Edinburgh, UK).

Публикации и личный вклад автора. Основные результаты исследований опубликованы в 35 печатных работах, из них 8 статей во всероссийских и зарубежных реферируемых печатных изданиях и 27 тезисов российских и международных конференций. Диссертационная работа выполнена в лаборатории сегнетоэлектриков отдела оптоэлектроники и полупроводниковой техники НИИ ФПМ Уральского государственного университета им. A.M. Горького в рамках исследований, проводимых при частичной поддержке грантов РФФИ (гр. 10-02-96042-р-урал-а, гр. 10-02-00627-а), Федерального Агентства по образованию, ФЦП «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России 2009 - 2013» (гос. контракты П870 и П2127), Федерального Агентства по науке и инновациям (гос. контракты №. 02.74011.0171 и 02.552.11.7069), а также в лаборатории фотонных и оптических материалов и систем университета им. Поля Верлена и Высшей школы электричества в городе Мец, Франция, в рамках проекта ARCUS, инициированного совместно Министерством иностранных дел Франции, Национальным Центром Научных исследований Франции (CNRS) и Региональным Советом Лотарингии.

Все основные результаты работы были получены лично автором или при его активном участии. Выбор направления исследований, обсуждение результатов и

формулировка задач проводились совместно с научными руководителями профессорами В.Я. Шуром и П. Бурсоном, а также с соруководителем профессором М. Фонтаной. Эксперименты по измерению спектров комбинационного рассеяния ниобата лития проводились автором лично и с участием М.С. Небогатикова и С. Маргерона. Создание периодических доменных структур проводилось совместно с И.С. Батуриным. Облучение импульсным лазером проводилось совместно с Д.К. Кузнецовым. Исследование поверхностных доменных структур с помощью сканирующей зондовой микроскопии проводилось совместно с Е.И. Шишкиным и Е.В. Николаевой. Компьютерное моделирование спектров комбинационного рассеяния проводилось совместно с A.B. Постниковым.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, заключения и списка цитируемой литературы. Общий объем работы составляет 170 страниц, включая 60 рисунков, список условных обозначений и библиографию из 191 наименования.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертации, сформулированы основные цели и задачи работы, определен объект исследований, показаны научная новизна и практическая значимость полученных результатов. Кратко изложены основные научные положения, выносимые на защиту. Приведены сведения об апробации работы, личном вкладе автора, структуре и объеме диссертации.

Первая глава является обзорной. В ней изложены основные свойства сегне-тоэлектриков, описаны основные физические свойства монокристаллов семейства ниобата лития LiNb03 (LN). Приведен обзор современных представлений об эволюции доменной структуры в электрическом поле, а также методов исследования процессов переключения поляризации. Особое внимание уделено влиянию эффектов экранирования деполяризующего поля. Представлены результаты экспериментальных и теоретических исследований Комбинационного Рассеяния (KP) в LN.

Принято считать, что эволюция доменной структуры при переключении поляризации происходит за счет зародышеобразования, движущей силой которого является макроскопическое электрическое поле, усредненное по объему зародыша Es [1]. Это поле является суперпозицией приложенного к кристаллу внешнего поля деполяризующего поля £'ifc;, и полей внешнего Escr и объемного Еь экранирования. Существование собственного поверхностного диэлектрического слоя приводит к тому, что быстрое внешнее экранирование не может полностью скомпенсировать Е1к [3] и в объеме существует остаточное деполяризующее поле £„,.

Медленные процессы объемного экранирования компенсируют Еы и стабилизируют доменную структуру. Однако и в этом случае вблизи поверхности в области, прилегающей к доменной стенке, остается не полностью скомпенсированное деполяризующее поле.

Установлено, что запаздывание объемного экранирования приводит к отклонению от равновесных условий переключения [4]. Наибольший интерес представляет переключение в сильнонеравновесных условиях (при неэффективном экранировании). При полностью неэффективном экранировании рост доменов происходит только за счет дискретного переключения, представляющего собой эволюцию ансамбля изолированных нанодоменов, упорядоченного благодаря эффекту коррелированного зародышеобразования, а боковое движение доменных стенок полностью подавлено [4].

Для визуализации статической доменной структуры в кристаллах LN обычно предварительно выявляют домены селективным химическим травлением [5,6]. Рельеф травления воспроизводит конфигурацию доменной структуры, поскольку скорость травления полярной поверхности Z+ значительно меньше скорости травления Z-. Полученный рельеф визуализируют методами оптической микроскопии и Сканирующей Зондовой Микроскопии (СЗМ) в Атомно-Силовой Моде (АСМ). Визуализация доменов без травления возможна при помощи оптической микроскопии фазового контраста и СЗМ в режиме Пьезоэлектрической Силовой Микроскопии (ПСМ).

Одним из методов создания сильнонеравновесных условий переключения является импульсный нагрев монокристаллов LN излучением инфракрасного (ИК) или ультрафиолетового (УФ) лазера, что приводит к формированию доменных структур, состоящих из цепей изолированных нанодоменов [7]. Показано, что причиной образования нанодоменных структур является пироэлектрическое поле, возникающее при охлаждении кристалла после окончания импульса лазерного излучения [8].

Интерпретация результатов исследования комбинационного рассеяния в LN основывается на представлениях, что кристалл обладает тридцатью фононными модами, которые могут характеризоваться двадцатью неприводимыми представлениями точечной группы симметрии C3v: 5АЬ 5А2 и 10Е. В экспериментах по КР могут наблюдаться различные комбинации 4А, и 9Е оптических фононов (пред-

Рис. 1 Спектр КР монокристалла LN в конфигурации Z(xx)Z. Отмечены исследуемые спектральные лннни.

1.0

400 еоо 800

Сдвиг линий Kf> см *

1000

ставление Е двукратно вырождено) в зависимости от геометрической конфигурации эксперимента. Положение спектральных линий определяется параметрами кристаллической решетки, изменение которых приводит к смещению линий и изменению их полуширины [9]. Высокая чувствительность колебательных спектров к искажениям кристаллической решетки позволяет использовать

метод КР для измерения пространственного распределения неоднородностей и механических напряжений в сегнетоэлектрических кристаллах.

Из 13 линий, наблюдающихся в спектре КР кристаллов LN в конфигурации Z(xx)Z, низкочастотная линия Е(ТО[) и две высокочастотные линии Е(Т08) и A|(L04), максимумы которых расположены на частотах 152, 580 и 870 см"1, соответственно (Рис. 1), хорошо разрешены и для определения их параметров не требуется дополнительной математической обработки. Ранее были обнаружены изменения интенсивностей этих линий в кристаллах LN с периодической полосовой доменной структурой вблизи доменных стенок [10]. Известно, что поперечные колебания Е(ТО|) соответствуют противофазному смещению ионов Nb и О в плоскости XY перпендикулярно полярной оси Z, а Е(Т08) - растяжению и сжатию кислородных октаэдров в этой же плоскости. Продольные колебания A|(L04) связаны с растяжением и сжатием кислородных октаэдров вдоль полярной оси Z [11Д2].

Вторая глава является методической и содержит описание методик экспериментов, а также характеристики исследуемых образцов.

Исследования проводились в монокристаллах ниобата лития стехиометриче-ского (SLN) и конгруэнтного состава (CLN), а также легированных 5% MgO (MgO:LN). Исследуемые образцы представляли собой полированные пластины толщиной 0,5 мм, вырезанные перпендикулярно оптической оси.

Периодическая доменная структура в кристаллах CLN и MgO:LN создавалась приложением электрического напряжения между нанесенной на Z+ поверхность структурой полосовых металлических электродов с периодом 6,95 мкм, ориентированных вдоль Y направления, и Z- поверхностью, покрытой сплошным слоем жидкого электролита (раствор LiCl). Доменная структура была выявлена травлением в концентрированной плавиковой кислоте (HF) при комнатной температуре.

Нанодоменные структуры были сформированы в монокристаллах CLN и SLN облучением поверхностей пластин импульсным лазерным излучением в инфракрасном (Х= 10,6 мкм, длительность импульса 200 мкс) и ультрафиолетовом (X = 266 нм, длительность импульса 25 не) диапазонах. Образующиеся структуры состоят из очень узких и длинных нанодоменов («нанодоменных лучей»). Размер облучаемой области (порядка 1 мм) значительно превышает как ширину доменных лучей (200-400 нм по данным СЗМ), так и период возникающей самоподобной структуры (5-10 мкм) [13]. Полученная доменная структура выявлялась при помощи селективного химического травления.

Исследования доменной структуры методом сканирующей лазерной конфокальной микроскопии комбинационного рассеяния (CJIKM-KP) проводились на спектрометре LabRamOlO (Horiba Jobin-Yvon, Франция) и зондовой нанолабора-тории NTEGRA Spectra (НТ-МДТ, Россия). Измерения спектров КР производились при комнатной температуре в конфигурации Z(xx)Z.

LabRam 010 представляет собой интеграцию конфокального микроскопа и спектрометра KP. Стандартным источником лазерного излучения в этой системе является He-Ne лазер X = 632,8 нм мощностью 9 мВт. Кроме того, в систему дополнительно введены аргоновый лазер (X = 514,5 нм, мощность 50 мВт) и инфракрасный диодный лазер (1 = 785 нм, мощность 100 мВт). Для фокусировки лазерного луча используется объектив с увеличением хЮО и числовой апертурой 0,9. При этом поперечное'разрешение лишь немногим превышает 1 мкм при использовании ИК лазера (0,8 мкм для X - 632,8 нм, 0,7 мкм для X = 514,5 нм и 1,1 мкм для X = 785 нм). Для разложения рассеянного образцом света использовалась дифракционная решетка 1800 штрих/мм. Спектральное разрешение решетки при использовании лазеров с различными длинами волн составляет 1,4 см"1 для X = 514,5 нм, 0,8 см'1 для X = 632,8 нм и 0,4 см"1 для X = 785 нм. Перемещения образца производились при помощи моторизованного предметного столика с шагом 100 нм.

Зондовая нанолаборатория NTEGRA Spectra состоит из конфокального сканирующего лазерного микроскопа высокого разрешения, оптического спектрометра KP и универсального сканирующего зондового .микроскопа. В качестве источников лазерного излучения используются твердотельный лазер (X = 473 нм, мощность 50 мВт) и He-Ne лазер (X = 632,8 нм, мощность 30 мВт). Фокусировка осуществляется при помощи объектива с увеличением хЮО и числовой апертурой 0,95, установленного в инвертированном микроскопе Olympus. Для получения спектра используется дифракционная решетка с 1800 штрих/мм, обладающая спектральным разрешением 0,67 и 1,2 см"1 для 1=632,8 и 1 = 473 нм соответственно.

Исследуемые спектральные линии аппроксимировались функцией Лоренца для определения интегральной интенсивности, положения максимума (частота) и полуширины линии в каждой точке. Определялось пространственное распределение указанных параметров при сканировании вдоль линии, в направлении, перпендикулярном доменным стенкам.

В третьей главе представлены результаты измерений спектров KP вблизи доменных стенок. Исследовались кристаллы с нейтральными и заряженными доменными стенками. В образцах с нанодоменной структурой, состоящей из несквозных доменов, существуют заряженные доменные стенки со связанными зарядами р = divfv. Поперечная компонента возникающего вблизи заряженной стенки электрического поля может в несколько раз превышать полярную компоненту.

Нейтральные доменные стенки, образующиеся в результате прорастания доменов сквозь образец, исследовались в образцах с периодической доменной структурой. Вблизи таких стенок в объеме отсутствует поле, поскольку на них нет связанных зарядов. Однако наличие естественного поверхностного диэлектрического слоя приводит к существованию вблизи поверхности в окрестностях доменной стенки неполностью скомпенсированного деполяризующего поля [3].

Нейтральные доменные стенки. Измерения пространственного распределения параметров линий KP при сканировании периодически поляризованных кристал-

лов без предварительного травления поверхности позволили выявить изменения относительной интегральной интенсивности, частоты и полуширины спектральных линий Е(ТО|), Е(Т08) и А^ЬО*) вблизи незаряженных (нейтральных) доменных стенок. Сканирование проводилось вдоль кристаллографического направления X, поскольку доменные стенки ориентированы вдоль направления У.

Типичные относительные изменения интегральной интенсивности спектральных линий Е(Т08) и А^ЬО*) при одномерном сканировании поперек незаряженных доменных стенок показаны на Рис. 2 (стрелками указаны направления спонтанной поляризации). Интегральная интенсивность каждой из исследованных спектральных линий изменяется вблизи доменных стенок. Пространственное распределение интегральной интенсивности линии Е(ТО0 аналогично Е(Т08), но её относительные изменения выражены значительно слабее.

Следует отметить, что изменения относительной интенсивности линий Е(ТОв) и А,(Ь04) различаются по знаку. Этот эффект можно отнести за счет различного знака эластооптических коэффициентов />, „,„, входящих в выражение

10 15 20

х мкм для производной поляризуемости ач по

Рис. 2 Изменения относительной интегральной норМЭЛЬНЫМ КООрДИНЭТЭМ О" [141: интенсивности линии Е(ГОв) и А^ЬО«) вблизи незаряженных доменных стенок.

ЪаЧ = Шч , Вао __ даЧ ,

5(2" д<2" &,„, с1<2" д£>" Р',ь" ¿0"'

(1)

где аи- поляризуемость кристалла в условиях однородных механических напряжений, тензор механических

напряжений.

Вблизи доменных стенок наблюдаются смещения частот исследуемых линий (Рис. 3). Частота спектральной линии А|(Ш4) практически не изменяется, а смещение спектральной линии Е(ТС>1) в 10 раз слабее, чем смещение линии Е(Т08).

5 10 X, мкм

Рис. 3 Смешение частоты линий Е(Т08) и А^ЬОч) вблизи незаряженных доменных стенок.

Наблюдаемые смещения частот свидетельствуют об изменении параметров решетки вблизи доменных стенок. Сильные электрические поля, которые существуют в приповерхностном слое, приводят к возникновению механических напряжений посредством обратного пьезоэлектрического эффекта. Эти напряжения, в свою очередь, приводят к изменению параметров решетки и смещению частот соответствующих линий КР. Влияние процессов объемного экранирования проявляется в медленной релаксации изменений спектра. Об экспериментальном измерении медленной релаксации положения спектральных линий после переключения поляризации в СЬЫ сообщалось в [15].

Удалось показать также, что вблизи доменных стенок существенно увеличивается полуширина спектральных линий Е(Т08) (Рис. 4). Пространственное распределение увеличения ширины линии Е(ТО|) аналогично Е(Т08), но её относительные изменения выражены значительно слабее. Уширения линии А,(Ь04) практически не происходит.

Наблюдаемый эффект связан со смещением в электрическом поле частот линий Е(ТО). В наших экспериментах диаметр лазерного пятна на поверхности кристалла захватывает области с различной величиной поля и, следовательно, различным смещением частот. В результате увеличивается измеряемая полуширина линий Е(ТО). Полуширина линии А|(Ь04) не изменяется, поскольку ее частота не смещается.

Изменения параметров спектральных линий КР вблизи незаряженных доменных стенок в кристаллах М§0:1ЛЯ с периодической доменной структурой на порядок меньше, чем в СЫЧ. Наблюдаемое уменьшение изменений в спектрах КР вызвано повышением эффективности объемного экранирования остаточного электрического поля вблизи доменных стенок, благодаря более высокой проводимости легированных кристаллов.

Исследование образцов после селективного химического травления показало наряду с вышеописанными эффектами возникновение различия интенсивности линий (контраст) между соседними доменами с противоположными направлениями спонтанной поляризации. Эта особенность была обнаружена ранее [16]. Проведенные с помощью СЗМ измерения показали, что значения шероховатости различных доменов различаются в несколько раз. Этот факт позволил отнести обнаруженный «доменный контраст» за счет зависимости интенсивности отраженного света от шероховатости поверхности.

Заряженные доменные стенки. В монокристаллах были проведены измерения интегральной интенсивности, частоты и полуширины спектральных линий

г , М">4).

5 10 15 X, мкм

Рпс. 4 Изменение ширнны спектральных линий Е(ТОв) н Л,(1,0.,) вблизи незаряженных доменных стенок в СЫЧ.

Е(Т01), Е(ТО8) и А^ЬОд) при сканировании поперек нанодоменных лучей, образовавшихся в результате импульсного нагрева поверхности при помощи инфракрасного лазера (Рис. 5). Нанодоменный луч был ориентирован вдоль У-направления, а сканирование велось вдоль Х-направления. Следует отметить, что указанные параметры сильно изменялись вблизи доменного луча, причем в полученных пространственных распределениях наблюдался только один пик. Эта особенность обусловлена недостаточным пространственным разрешением метода, что приводит к слиянию пнков, соответствующих стенкам доменного луча, ширина которого менее 300 нм.

<Зо

Вблизи нанодоменных лучей наблюдалось увеличение интегральной интенсивности линий Е(ТО,) и Е(ТОя) и уменьшение для А^ЬОд) (Рис. 5а), вызванное тем же механизмом, что и для нейтральных доменных стенок в СЬЫ с периодической доменной структурой.

Величина наблюдаемых смещений частот линий Е(Т01) и Е(Т08) в десятки раз превышает аналогичные смещения вблизи незаряженных доменных стенок. Эта особенность вызвана наличием вблизи заряженных доменных стенок, не только полярной Z-кoмпoнeнты поля, но и сильной поперечной Х-компоненты, которая оказывает влияние на колебания атомов в плоскости ХУ и приводит к сдвигу частоты линий Е(ТО), соответствующих поперечным колебаниям. По-видимому, г-компонента поля вблизи нанодоменного луча недостаточно велика для заметного изменения частоты спектральной линии, соответствующей продольным колебаниям А^Шд) (Рис. 56). Естественно, что аномально большое смещение частот линий приводит и к чрезвычайно сильному уширению спектральных линий вблизи заряженных доменных стенок (Рис. 5в). В кристаллах СЬЫ вблизи нанодоменных лучей наблюдаются качественно подобные эффекты.

Исследование нанодоменных лучей, полученных в результате импульсного облучения ультрафиолетовым лазерным излучением, не позволило обнаружить изменений в пространственном распределении параметров линий КР для всех ис-

—, , 1—,.. 1 1 1 1 • 1 ■ 1 ■

. а -£1ТО.) Г

- - - Е(ТО,) ' -

--- 1 .....А,ао4> | -

-4 -3 -2 -1 V, 0 2 3 4

X, мкм

. 6 Л — ЩТО,) I -

1 1 - - - Е(ТО.) | •

« 1 ! П ■ '/ 1' 11 Р ' 1 Г '/ V .....А,(Ш,Н ■

• | 1 | 1 -4 -3 -2 ■1 0 1 2 3 4

X, мкм

\ 1 - В 1 1 -Е(ТО,) "

- ---Е(ТО.) -

- .....А,(1.0,) '

-4-3-2-101234 X. мкм

Рис. 5 Зависимость параметров спектральных лншш

Е(ТО|), Е(ТОа) н Л^.Оот расстояния до центра нанодоменного луча, полученного в 81^ в результате импульсного облучения инфракрасным лазером.

следуемых спектральных линий. Такую особенность можно объяснить существенным вкладом фотостимулированных носителей заряда в экранирование деполяризующих полей в облученной области поверхности кристалла. Сильное поглощение ультрафиолетового излучения и достаточная величина энергии фотонов приводят к выраженному эффекту фотопроводимости. Эффективное экранирование полей приводит к подавлению изменений параметров спектра КР.

На основании полученных результатов метод СЛКМ-КР был использован для визуализации сегнетоэлектрических микро- и нанодоменов в кристаллах семейства ЬЫ на поверхности. Для этого проводилось двумерное сканирование, в течение которого измерялась интегральная интенсивность, а ее пространственное распределение записывалось в двумерный цифровой массив. Все компоненты этого массива, попадающие в определенный интервал значений, могут быть закрашены одинаковым цветом (псевдоцветом), что позволяет представлять цифровую информацию в виде цветного изображения. Пример изображения периодической доменной структуры в С1ЛЧ приведен на Рис. 6а.

Рис. 6 Изображения (а) периодической доменной структуры и (б) нанодоменной структуры, полученные методом СЛКМ-КР. Пространственное распределение интегральной интенсивности спектральной линии Л ¡П О :).

Особый интерес представляет возможность визуализации нанодоменных структур без предварительного травления с помощью метода СЛКМ-КР (Рис. 66). Следует отметить, что пространственное разрешение метода (около 300 нм) ограничивает возможности определения формы изолированных нанодоменов, однако удается измерить основные геометрические параметры нанодоменных цепей.

Важно отметить, что использование конфокальной микроскопии не только заметно улучшает пространственное разрешение метода СЛКМ-КР, но и позволяет проводить трехмерное сканирование в прозрачных объектах, а, следовательно, и визуализировать доменные структуры в объеме кристалла. Эта уникальная возможность открывает широкие перспективы для изучения формы доменов и геометрии доменных структур в объеме кристаллов. Следует отметить, что эта исключительно важная информация до настоящего времени не могла быть получена другими известными экспериментальными методами. Примеры полученных изображений нанодоменных структур на различных глубинах в кристалле приведены на Рис. 7.

Рнс. 7 Изображения нанодоменных структур на различных глубинах: (а) 30 мкм, (б) 65 мкм, (в) 80 мкм и (г) 100 мкм.

Четвертая глава посвящена экспериментальному исследованию влияния однородного пироэлектрического поля на спектры КР монокристаллов семейства ЬЫ, а также исследованию пространственного распределения компонент электрического поля вблизи заряженной доменной стенки.

Релаксация пироэлектрического поля. Для подтверждения предложенной модели, согласно которой наблюдающиеся изменения спектра КР вызваны электрическим полем, целесообразно было провести непосредственные измерения в однородном электрическом поле. Однако приложить внешнее поле необходимой чрезвычайно высокой напряженности экспериментально не удается, поэтому в работе были проведены исследования воздействия однородного пироэлектрического

поля. Для этого производился однородный нагрев монодоменных пластин ЦЫ со свободными полярными поверхностями (без электродов), который приводил к уменьшению величины спонтанной поляризации. В результате уменьшения деполяризующего поля нарушается существующее в равновесном состоянии равенство концентраций связанных и экранирующих зарядов. Возникающее во всем объеме образца однородное пироэлектрическое поле уменьшается (релак-сирует) со временем за счет уменьшения концентрации избыточных экранирующих зарядов. Низкая объемная проводимость приводила к медленной релаксации поля. Оценки показывают, что при нагреве СЦМ" от комнатной температуры

л 3 jam v Y rnimm.*» \

\ в \ Y —ч- ' Щ i ШёШ M

u 11)11

-■

Ф c: 40

0,Ь

0.0

■ü k- 0.5

y 1.0

<i> 1,5

5 -2.0

2.5

/ /

j - E(TO,) : E(T04) A((LOJ j -

ОС .

О 300 600 900 1200 1500 1800 бремя, с

Рис. 8 Смещение частот спектральных линий в результате нагрева кристалла SLN.

Экспериментальные точки аппроксимированы зависимостями (2).

до 100°С должно возникать .пироэлектрическое поле напряженностью около 5х107 В/м.

Изменение частот спектральных линий Е(ТО|), Е(ТОз) и А^ЬО,)) в процессе нагрева кристалла БГЛ^ до температуры 100°С и последующего выдерживания при постоянной температуре приведено на Рис. 8. Видно, что изменение частот линий КР наблюдается как при нагреве, так и после его окончания. Наблюдаемое плавное уменьшение частоты всех исследуемых спектральных линий можно отнести за счет релаксации пироэлектрического поля, вызванного процессами объемного экранирования.

Изменение частот линий Аш(/) при изменении температуры по заданному закону определяется как температурной, так и полевой зависимостью параметров кристаллической ячейки. Уменьшение частот Д<а,(Г(0) обусловлено расширением кристаллической решетки при нагреве кристалла и не изменяется при постоянной температуре. Увеличение частот Аа>2(Е(Г)) под действием пироэлектрического поля уменьшается в процессе релаксации при постоянной температуре.

Известно, что экранирование деполяризующих полей в ЬЫ представляет собой сложный процесс с участием нескольких конкурирующих механизмов, которые характеризуются существенно различающимися постоянными времени релаксации. Для наиболее быстрых процессов измерены времена релаксации внутренних полей менее секунды [17]. В данном эксперименте невозможно зафиксировать релаксацию поля, связанную с такими быстрыми процессами экранирования, поскольку в течение секунды измеряется всего один спектр КР. Поэтому в данном исследовании измерялись только релаксационные процессы с характерными временами порядка нескольких минут.

Анализ релаксирующей части временной зависимости смещения частоты показал, что релаксация частот спектральных линий может быть описана при помощи биэкспоненциальной функции:

Определенные таким образом постоянные времени релаксации пироэлектрического поля приведены в Таблице I. Наряду с достаточно быстрым процессом экранирования деполяризующего (пироэлектрического) поля с характерным временем порядка минуты, в кристаллах ЫЧ происходит и медленный процесс. Меньшая величина изменения.частоты спектральной линии А^ЬО^ позволяет определить только вклад медленного процесса релаксации.

Таблица 1. Характерные времена релаксации частот спектральных линий Е(ТО,) и Е(Т08).

Асо2 = С, ехр--+ С2 ехр -

(2)

Г,, с

Е(ТО,) Е(Т08)

А,(Ь04)

40 90

570 600 650

Аналогичные измерения, проведенные в кристаллах СУМ и Л^О.'ЬЫ, не позволили выявить заметных эффектов релаксации. Этот факт обусловлен ускорением процессов объемного экранирования за счет сравнительно высокой концентрации структурных дефектов в СЬМ и высокой объемной проводимости в М§0:ЬЫ.

Пространственное распределение электрического поля. Для объяснения особенностей влияния электрического поля вблизи заряженных доменных стенок методом изображений было рассчитано распределение компонент электрического поля вблизи нанодоменного луча. Благодаря малой ширине и значительной глубине нанодоменного луча создаваемое им электрическое поле аналогично полю бесконечной заряженной пластины с однородным поверхностным зарядом <7, шириной а и пренебрежимо малой толщиной. Рассматриваемая пластина была помещена в полубесконечную среду с диэлектрической проницаемостью е1 вблизи плоской границы с полубесконечным диэлектриком с проницаемостью ег. Ориентация пластины относительно системы координат показана на Рис. 9.

Рис. 9 Схема для задачи о пространственном распределении элестрнческого поля вблизи заряженной пластнны.

Продольная Ег и поперечная Ех компоненты электрического поля, создаваемого такой пластиной в произвольной точке пространства на поверхности кристалла (при - = 0), имеют вид:

_ и £г (а \ а ег а Ех =--2-агЩ\ - « ---

Ж£0 £, \Х 1 7Г£0 £1 X

(3)

ле^Е, +£2)

-1п

Л£0(£1+£2){Х

(4)

В связи с неограниченностью размера пластины в направлении У, компонента

Ег= 0.

Учитывая зеркальную симметрию вдоль направления X, можно предположить, что смещение частоты линий КР вблизи доменной стенки определяется первой степенью компоненты Е7 и второй степенью компоненты Ех. Измерения

спектров КР вблизи нанодоменных лучей методом CJIKM-KP показали, что частоты спектральных линий действительно изменяются обратно пропорционально второй степени расстояния до нанодоменного луча в соответствии с формулами (3) и (4) (Рис. 10).

Полученное пространственное распределение электрического поля позволяет объяснить возможность визуализации доменных стенок и нанодоменных лучей, реальная ширина которых существенно меньше, чем диаметр сканирующего светового пятна на поверхности.

В пятой главе приводятся результаты компьютерного моделирования влияния электрического поля на спектр колебаний решетки LN. Методом «замороженных» фононов при помощи компьютерной программы SIESTA 2.0.2 [18] проводилось моделирование изменения спектров собственных колебаний ромбоэдрической решетки LN в однородном электрическом поле. Квантово-механические расчеты в программе проводились в рамках теории функционала плотности (DFT) и обобщенного градиентного приближения (GGA). Поляризация кристаллической решетки вычислялась с использованием подхода геометрических фаз Берри [19].

Вычисление колебательного спектра кристаллов LN' производилось в несколько этапов. На первом этапе оптимизировалась кристаллическая решетка, определялись координаты всех атомов в равновесном состоянии. Исходное расположение 10 атомов в ромбоэдрической ячейке было задано на основе данных [12]. По окончании процедуры оптимизации максимальное значение полной силы, действующей на отдельный атом в ячейке, не превышало 0,032157 эВ/А.

Полученные значения параметров решетки а и с оптимизированной структуры с высокой точностью (до единиц процентов) совпадают с результатами экспериментов по рентгеновскому рассеянию и рассеянию нейтронов, а также с результатами первопринципных расчетов, проведенных другими авторами.

На втором этапе в полученной оптимизированной кристаллической ячейке проводилось последовательное смещение атомов вдоль положительных и отрицательных направлений кристаллических осей на величину 0,04 Á и рассчитывались силы, действующие на смещенный атом со стороны всех остальных. Отнесенные к амплитуде смещения, результирующие силовые константы затем использовались для построения динамической матрицы. Одновременно с матрицей силовых констант вычислялись матрицы эффективных борновских зарядов, которые корректируют величину кулоновского взаимодействия между атомами в полярных диэлек-

Рнс. 10 Экспериментальная зависимость смещения частоты линии Е(ТО») от расстояния до нанодоменного луча, аппроксимированная формулой (4).

триках и определяют расщепление частот продольных и поперечных оптических фононных мод (LO-TO splitting).

Следующий этап заключался в определении собственных значений динамической матрицы, соответствующих квадратам частот собственных колебаний кристаллической решетки. Сравнение с экспериментальными данными показало, что погрешность вычислений большинства поперечных (ТО) колебательных мод не превышает 7%, тогда как для продольных (LO) колебаний эта погрешность составляет порядка 10%.

Благодаря обратному пьезоэлектрическому эффекту внешнее электрическое поле приводит к возникновению определенных механических напряжений кристаллической решетки, однозначно определяемых тензором напряжений кристалла. Поэтому, проводя оптимизацию исследуемой кристаллической ячейки таким образом, чтобы в ней возникли заданные напряжения, можно создать в ячейке ситуацию, аналогичную той, которая возникает под действием электрического поля, и вычислить изменения частот фононов. В качестве значений компонент тензора напряжений использовались экспериментальные данные [20].

В работе исследовалось влияние продольной Е? и поперечной Ех компонент электрического поля. Диапазон величин исследуемых полей составлял для Ех от 4х108 до 1,4хЮ9 В/м и для Ez от 2x10'' до 1,1x10'° В/м. Такой выбор полей обусловлен чувствительностью метода оптимизации кристаллической ячейки.

Под действием поля Ех снимается двукратное вырождение колебательных мод Е(ТО|) и Е(Т08) и возникает разница между частотами компонент колебаний Е(Х) и Е{¥) (■ и • на Рис. 11 соответственно). В области малых полей (до

109 В/м) частоты обеих компонент колебательной моды E(TOi) непрерывно увеличиваются, при Ю9 В/м достигают максимальных значений, а затем начинают уменьшаться (Рис. 11а). Частоты компонент моды Е(Т08) испытывают качественно иные изменения. С ростом электрического поля частота компоненты E(Y) непрерывно возрастает, тогда частота второй компоненты Е(Х) уменьшается (Рис. 116). Поскольку мода Ai(L04) соответствует колебаниям атомов вдоль полярной оси Z, поле Ех при небольших величинах (до 109 В/м) не оказывает на их частоту существенного влияния (Рис. 11 в).

Небольшое сжатие кристаллической ячейки, имеющее место под действием поля Е7, оказывает влияние как на колебательные моды Е(ТО), так и на A|(L04). Характерным отличием от Ех является отсутствие заметного расщепления компонент колебательных мод Е(Т08) и E(TOj) с учетом 5% погрешности в определении частот (Рис. 12а,б). В то же время происходит монотонное увеличение частоты колебаний A](L04) во всем исследованном диапазоне полей (Рис. 12в).

Отсутствие смещения спектральной линии Ai(L04) под действием поперечного электрического поля Ех с напряженностью, не превышающей 109 В/м, согласу-

ется с экспериментальными данными. При такой величине поля смещение частот Е(У) компонент колебательных мод Е(ТО]) и Е(Т08), наблюдаемых в экспериментах по КР, увеличивается и по величине близко к максимальным значениям смещений, наблюдаемым в экспериментах по сканированию нанодоменных лучей.

Таким образом, результаты компьютерного моделирования подтверждают предложенную модель, согласно которой наблюдающиеся вблизи доменных стенок смещения частот исследованных линий КР вызваны нескомпенсированным поперечным электрическим полем.

- а ¿4;

" в "Л :

1-«-Е(Х) 1 -;-*-Е(¥) ! : -♦-А,«) |

0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 Электрическое поле, х10Э В/м

Рис. 1] Смещение частот спектральных линий (а) Е(ТО,), (6) Е(ТО„) и (в) А,(1ЛЬ) в Х-орнентированном поле.

0 2 4 6 8 10 12 Электрическое поле, х109 В/м

Рнс. 12 Смещение частоты спектральных линий (а) Е(ТО,), (б) Е(ТО„) и (в) А,(Ш4) в Сориентированном поле.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ РАБОТЫ

В результате проведенного экспериментального и методами компьютерного моделирования исследования микро- и нанодоменной структуры в монокристаллах семейства ниобата лития с использованием сканирующей лазерной конфокальной микроскопии комбинационного рассеяния были получены следующие основные результаты

1. Впервые на примере монокристаллов семейства ниобата лития обнаружено аномально сильное изменение величин смещения частоты и полуширины спектральных линий комбинационного рассеяния вблизи заряженных сегне-тоэлектрических доменных стенок.

2. Показано, что сканирующая лазерная конфокальная микроскопия комбинационного рассеяния может быть использована для визуализации микро- и нанодоменных структур как на поверхности, так и в объеме монокристаллов семейства ниобата лития.

3. Предложена оригинальная модель для объяснения наблюдаемых изменений спектра комбинационного рассеяния за счет пространственно неоднородного электрического поля вблизи доменной стенки.

4. Впервые обнаружен эффект смещения частот линий комбинационного рассеяния под действием пироэлектрического поля и из измерений релаксации эффекта определены постоянные времени процессов объемного экранирования деполяризующего поля.

5. Получены аналитические выражения для пространственного распределения компонент электрического поля, создаваемого в кристалле заряженной доменной стенкой. Экспериментальные данные подтверждают справедливость найденных выражений.

6. Методами компьютерного моделирования произведен расчет изменения частот колебательных мод монокристаллов семейства ниобата лития при воздействии электрического поля, результаты которого качественно согласуются с экспериментом.

ЦИТИРУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА

1. Shur V.Ya., Fast polarization reversai process: évolution of ferroelectric domain structure in thin films, in Ferroelectric thin films: synthesis and basic properties // NY: Gordon&Breach. - 1996. - Ch. 6. - P. 153-192.

2. Cho Y., Hashimoto S., Odagawa N., Tanaka K., Hiranaga Y. Realization of 10 Tbit/in2 memory density and subnanosecond domain switching time in ferroelectric data storage // Appl. Phys. Lett. - 2005. - Vol. 87. - P. 232907.

3. Шур В.Я., Доменная структура одноосных сегнетоэлектриков и процессы экранирования // Дис. док. физ.-мат. наук, УрГУ, Свердловск, 1990.

4. Shur V.Ya., Correlated nucleation and self-organized kinetics of ferroelectric domains, in "Nucleation Theory and Applications" // WILEY-VCH. - 2005. - Ch.6. -P. 178-214.

5. Liu X., Terabe К., Nakamura M., Takekawa S., Kitamura K., Nanoscale chemical etching of near-stoichiometric lithium tantalate // J. Appl. Phys. - 2005. - Vol. 97. -P. 064308.

6. Shur V.Ya., Lobov А.1., Shur A.G., Kurimura S., Nomura Y., Terabe K., Uu X., Kitamura K., Rearrangement of ferroelectric domain structure induced by chemical etching // Appl. Phys. Lett. - 2005. - Vol. 87. - P. 022905.

7. Shur V.Ya., Kuznetsov D.K., Lobov A.I., Nikolaeva E.V., Dolbilov M.A., Oriov A.N., Osipov V.V., Formation of self-similar surface nano-domain structures in lithium niobate under highly nonequilibrium conditions // Ferroelectrics. -2006.-V. 341.-P. 85-93.

8. Lobov A.I., Shur V.Ya., Kuznetsov D.K., Negashev S.A., Pelegov D.V., Shishkin E.I., Zelenovskiy P.S., Discrete switching by growth of nano-scale domain rays under highly-nonequilibrium conditions in lithium niobate single crystals // Ferroelectrics. - 2008. - Vol. 373. - P. 99-108.

9. Gouadec G., Colomban P., Raman spectroscopy of nanomaterials: how spectra relate to disorder, particle size and mechanical properties // Progress in Crystal Growth and Characterization of Materials. - 2007. - Vol. 53, N. 1. - P. 1-56.

10.Hammoum R., Fontana M.D., Bourson P., Shur V.Ya., Raman micro-spectroscopy as a probe to investigate PPLN structures // Ferroelectrics. - 2007. -Vol. 352.-P. 106-110.

11.Mouras R., FontanaM.D., Bourson P., Postnikov A.V., Lattice site ofMg ion in LiNb03 crystal determined by Raman spectroscopy // J. Phys. Condens. Matter. -2000. - Vol. 12. - P. 5053-5059.

12.Postnikov A.V., Caciuc V., Borstel G., Structure optimization and frozen phonons in LiNb03 // J. Phys. Chem. Solids. - 2000. - Vol. 61. - P. 295-299.

13.Kuznetsov D.K., Shur V.Ya, Negashev S.A., Lobov A.I, Pelegov D.V., Shishkin E.I., Zelenovskiy P.S., Platonov V.V., Ivanov M.G., Osipov V.V., Formation of nano-scale domain structures in lithium niobate using high-intensity laser irradiation // Ferroelectrics. - 2008. - Vol. 373. - P. 133-138.

14.Fontana M.D., Hammoum R., Bourson P., Margueron S., Shur V.Ya., Raman probe on PPLN microstructures // Ferroelectrics. - 2008. - Vol. 373. - P. 26-31.

15.Scott J.G., Mailis S., Sones C.L., Eason R., A Raman study of single-crystal congruent lithium niobate following electric-field repoling // Appl. Phys. A. - 2004. -Vol. 79.-P. 691-696.

16.Hammoum R., Fontana M., Bourson P., Shur V.Ya., Raman micro-spectroscopy as a probe to investigate PPLN structures // Ferroelectrics. - 2007. - Vol. 352. -P. 106-110.

17.Шур В .Я, Ахматханов А.Р., Батурин И.С., Небогатиков М.С.,

Долбилов М.А., Комплексное исследование процессов объемного экранирования в монокристаллах семейства ниобата лития и танталата лития // ФТТ. - 2010. - Т. 52, Вып. 10. - С. 2004-2010.

18.Soler J., Artacho Е., Gale J., Garcia A., Junquera J., Ordejon P., Sanchez-Portal D., The SIESTA method for ab initio order-N materials simulation // J. Phys,: Cond. Matt. - 2002. - Vol. 14. - P. 2745.

19.King-Smith R., Vanderbilt D., Theory of polarization of crystalline solids // Phys. Rev. B. - 1993. - Vol. 47. - P. 1651-1654.

20. Smith R., Welsh F. Temperature dependence of the elastic, piezoelectric, and dielectric constants of lithium tantalate and lithium niobate// J. Appl. Phys. - 1971. -Vol. 42.-P. 2219-2230.

СПИСОК ПУБЛИКАЦИЙ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

Статьи в ведущих рецензируемых научных журналах:

1. Shur V.Ya., Rumyantsev E.L., Shur A.G., Lobov A.I., Kuznetsov D.K., Shishkin E.I., Nikolaeva E.V., Dolbilov M.A., Zelenovskiy P.S., Gallo K.,

De Micheli M.P., Nanoscale domain effects in ferroelectrics, formation and evolution of self-assembled structures in LiNb03 and LiTa03 II Ferroelectrics - 2007. -V. 354.-P. 145-157.

2. Шур В.Я., Кузнецов Д.К., Лобов А.И., Шишкин Е.И., Зеленовский П.С., Осипов В.В., Иванов М.Г., Орлов А.Н., Платонов В.В., Формирование нано-доменных структур в результате импульсного лазерного облучения ниобата литая // Известия РАН серия физическая - 2008. - Т. 72, Вып. 2. - С. 198-200.

3. Kuznetsov D.K., Shur V.Ya., Negashev S.A., Lobov A.I., Pelegov D.V., Shishkin E.I., Zelenovskiy P.S., Platonov V.V., Ivanov M.G., and Osipov V.V., Formation of nano-scale domain structures in lithium niobate using high-intensity laser irradiation // Ferroelectrics - 2008. - V. 373. - P. 133-138.

4. Lobov A.I., Shur V.Ya., Kuznetsov D.K., Negashev S.A., Pelegov D.V., Shishkin E.I., Zelenovskiy P.S., Discrete switching by growth of nano-scale domain rays under highly-nonequilibrium conditions in lithium niobate single crystals // Ferroelectrics. - 2008. - V. 373. - P. 99-108.

5. Zelenovskiy P.S., Fontana M.D., Shur V.Ya., Bourson P., Kuznetsov D.K., Raman visualization of micro- and nanoscale domain structures in lithium niobate // Appl. Phys. A - 2010. - V. 99, № 4. - P. 741-744.

6. Shur V.Ya., Shishkin E.I., Nikolaeva E.V., Nebogatikov M.S., Alikin D.O, Zelenovskiy P.S., Sarmanova M.F., Dolbilov M.A., Study of nanoscale domain structure formation using Raman confocal microscopy // Ferroelectrics - 2010. -V. 398.-P. 91-97.

7. Zelenovskiy P.S., Shur V.Ya., Bourson P., Fontana M.D., Kuznetsov D.K., Mingaliev E.A., Raman study of neutral and charged domain walls in lithium niobate // Ferroelectrics - 2010. - V. 398. - P. 34-41.

8. Зеленовский П.С., Шур В.Я., Кузнецов Д.К., Мингалиев Е.А.,

Фонтана М.Д., Бурсой П., Визуализация нанодоменов в монокристаллах ниобата лития методом сканирующей лазерной конфокальной микроскопии комбинационного рассеяния // ФТТ - 2011. - Т. 53, Вып.1. - С. 106-109.

Подписано в печать Формат 60x84/16

Печать офсетная. Бумага типографская.

Заказ 1% Усл. печ.л. Тираж /СО Уральский государственный университет 620000, г. Екатеринбург, К-83, Ленина, 51 Типолаборатория УрГУ

Содержание диссертации автор исследовательской работы: кандидата физико-математических наук, Зеленовский, Павел Сергеевич

ВВЕДЕНИЕ.

1 ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР.

1.1 Доменная структура сегнетоэлектриков.

1.1.1 Сегнетоэлектрикп: основные понятия.

1.1.2 Доменная структура одноосных сегнетоэлектриков.

1.1.3 Механизмы экранирования деполяризующего поля.

1.1.4 Сегиетоэлектрические доменные стенки.

1.1.5 Эволюция доменной структуры во внешнем электрическом поле.

1.1.6 Эффективность экранирования деполяризующего поля.

1.2 Монокристаллы ниобата лития.

1.2.1 Основные физические свойства ниобата лития.

1.2.2 Кристаллическая структура ниобата лития.

1.2.3 Переключение поляризации ниобата лития.

1.2.4 Пьезоэлектрические свойства ниобата лития.

1.2.5 Пироэлектрические свойства ниобата лития.

1.2.6 Доменная структура ниобата лития.

1.2.7 Переключение поляризации в ниобате лития в результате воздействия интенсивного лазерного излучения.

1.3 Спектроскопия комбинационного рассеяния.

1.3.1 Общие представления.

1.3.2 Определение частот собственных колебаний.

1.3.3 Компьютерное моделирование фононов в кристаллах.

1.3.4 Особенности комбинационного рассеяния в ниобате лития.

1.4 Методы исследования доменной структуры в ниобате лития.

1.4.1 Селективное химическое травление.

1.4.2 Сканирующая электронная микроскопия.

1.4.3 Оптическая визуализация.

1.4.4 Сканирующая зондовая микроскопия.

1.4.5 Сканирующая лазерная конфокальная микроскопия комбинационного рассеяния.

1.5 Краткие выводы.

ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ.

2 ИССЛЕДУЕМЫЕ ОБРАЗЦЫ, ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ УСТАНОВКИ И МЕТОДИКИ ЭКСПЕРИМЕНТА.

2.1 Исследованные монокристаллы семейства ниобата лития.

2.2 Экспериментальные установки.

2.2.1 Установка для создания периодической доменной структуры.

2.2.2 Установка для облучения пластин ниобата лития интенсивным лазерным излучением.

2.2.3 Установки для исследования доменной структуры методом сканирующей лазерной конфокальной микроскопии комбинационного рассеяния.

2.2.4 Установки для визуализации доменной структуры методами сканирующей зондовой микроскопии.

2.2.5 Установка для изучения воздействия пироэлектрического поля на спектры комбинационного рассеяния.

2.3 Методики создания и исследования доменной структуры.

2.3.1 Методика создания периодической доменной структуры.

2.3.2 Методика создания нанодоменной структуры облучением импульсным лазером.

2.3.3 Методика изучения воздействия пироэлектрического поля на спектры комбинационного рассеяния.

2.3.4 Методика выявления доменов селективным химическим травлением и их визуализация оптической и атомно-силовой микроскопией.

2.3.5 Методика визуализации доменов без травления силовой микроскопией пьезоэлектрического отклика.

2.3.6 Методика визуализации доменов без травления методом сканирующей лазерной конфокальной микроскопией комбинационного рассеяния.

2.4 Краткие выводы.

3 ВИЗУАЛИЗАЦИЯ ДОМЕННЫХ СТЕНОК МЕТОДОМ СКАНИРУЮЩЕЙ ЛАЗЕРНОЙ КОНФОКАЛЬНОЙ МИКРОСКОПИИ КОМБИНАЦИОННОГО РАССЕЯНИЯ.

3.1 Нейтральные доменные стенки.

3.1.1 Изменение параметров спектральных линий: частота, полуширина, интегральная интенсивность.

3.1.2 Влияние легирования.

3.1.3 Влияние химического травления.

3.2 Заряженные доменные стенки.

3.2.1 Домены, полученные в результате лазерного облучения.

3.2.2 Сравнение результатов облучения инфракрасным и ультрафиолетовым излучением.

3.3 Визуализация полосовых нанодоменов п нанодомениых цепей.

3.3.1 Визуализация доменных структур на поверхности.

3.3.2 Визуализация нанодоменов в объеме.

3.4 Краткие выводы.

4 ИССЛЕДОВАНИЕ РЕЛАКСАЦИИ И ПРОСТРАНСТВЕННОГО РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ОСТАТОЧНЫХ ДЕПОЛЯРИЗУЮЩИХ ПОЛЕЙ.

4.1 Релаксация пироэлектрического поля в кристаллах ииобата лития.

4.2 Расчет пространственного распределения компонент электрического поля вблизи заряженной доменной стенки.

4.3 Краткие выводы.

5 РАСЧЕТ ВЛИЯНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ПОЛЯ НА СПЕКТР КОМБИНАЦИОННОГО РАССЕЯНИЯ В НИОБАТЕ ЛИТИЯ.

5.1 Компьютерное моделирование спектра колебательных мод ииобата лития.

5.1.1 Методика компьютерного моделирования.

5.1.2 Оптимизация кристаллической структуры ячейки ииобата лития.

5.1.3 Расчет силовых констант и эффективных зарядов.

5.1.4 Расчет частот поперечных фононов.

5.1.5 Расчет частот продольных фононов.

5.2 Расчет колебательных спектров ниобата лития в электрическом поле.

5.2.1 Расчет деформаций кристаллической решетки в электрическом поле.

5.2.2 Расчет параметров деформированной кристаллической решетки ниобата лития.

5.2.3 Влияние продольного и поперечного электрических полей на колебательные спектры элементарной ячейки ниобата лития.

5.2.4 Сравнение с экспериментом.

5.3 Краткие выводы.

Введение диссертация по физике, на тему "Исследование микро- и нанодоменных структур в монокристаллах ниобата лития методом сканирующей лазерной конфокальной микроскопии комбинационного рассеяния"

В настоящее время изучение кинетики структурных фазовых переходов является одним из наиболее важных направлений физики твердого тела. Особый интерес представляют сегнетоэлектрические кристаллы, обладающие спонтанной поляризацией, направление которой можно изменять воздействием электрического поля. Процесс переключения поляризации, происходящий за счет образования и роста индуцированных полем доменов, может быть рассмотрен как аналог фазового превращения при фазовом переходе первого рода.

Запаздывание экранирования деполяризующих полей, создаваемых связанными зарядами (диполями), играет важную роль при эволюции доменной структуры сегнетоэлектриков. Неполное экранирование приводит к существенному изменению механизмов движения доменных стенок и формы растущих доменов, а при полностью неэффективном экранировании качественно изменяется кинетика доменов и преобладает одномерный анизотропный самоорганизованный рост цепей нанодоменов [106]. Изучение влияния процессов экранирования на эволюцию доменной структуры представляет собой важную фундаментальную проблему физики сегнетоэлектриков. В качестве модельного объекта для таких исследований может использоваться одноосный сегнетоэлектрик ниобат лития 1л№)03, обладающий сравнительно простой и наблюдаемой оптическими методами доменной структурой. Для экспериментального исследования нанодоменов необходимы методы визуализации с высоким пространственным разрешением.

Интерес к практическому применению ниобата лития сильно возрос в последнее время в связи с развитием доменной инженерии, которая занимается разработкой методов создания стабильных регулярных доменных структур в важных для практического применения сегнетоэлектрических монокристаллах. Одной из наиболее важных задач доменной инженерии является создание фотонных кристаллов - нелинейно-оптических материалов с прецизионной периодической доменной структурой, — для построения эффективных преобразователей частоты когерентного излучения. Приложение электрического поля остается наиболее популярным и надежным методом доменной инженерии, который позволяет создавать объемные периодические структуры с микронными периодами. Однако для некоторых приложений требуются фотонные кристаллы с доменными структурами субмикронных периодов.

Оптическая микроскопия занимает особое место среди многочисленных экспериментальных методов визуализации сегнетоэлектрических доменов. Несмотря на скромное по сравнению с зондовыми методами пространственное разрешение, ограниченное дифракционным пределом, оптические методы обладают рядом очевидных достоинств. Они универсальны, сравнительно просты в реализации и не повреждают исследуемые сегнетоэлектри-ки. Недавно была продемонстрирована возможность увеличения разрешения и преодоления дифракционного предела при использовании конфокальной микроскопии.

Таким образом, исследования нанодоменов с использованием новых методов их визуализации, направленные на управление параметрами нано-доменных структур, имеют важное фундаментальное и прикладное значение.

Объекты исследования.

Микро- и нанодоменные структуры исследовались в монокристаллах стехиометрического, конгруэнтного и легированного ниобата лития.

Эти материалы наиболее популярны для нелинейно-оптических и акустических применений. Развитие методов создания стабильных регулярных доменных структур с микронными и субмикронными периодами исключительно важно для преобразования длины волны лазерного излучения с использованием эффекта квазифазового синхронизма. Получение субмикронных периодов является принципиальным достижением, которое откроет качественно новые возможности при создании фотонных кристаллов.

Научная новизна работы заключается в следующем:

• Показано, что сканирующая лазерная конфокальная микроскопия комбинационного рассеяния может быть использована для визуализации микро-и нанодоменных структур как на поверхности, так и в объеме монокристаллов семейства ниобата лития.

Практическая значимость.

Визуализация микро- и нанодоменов в объеме монокристаллов ниобата лития с помощью сканирующей лазерной конфокальной микроскопии комбинационного рассеяния открывает широкие возможности для неразрушаю-щего контроля геометрических параметров периодических доменных структур и изучения формирования микро- и нанодоменных структур.

Основные положения и результаты, выносимые на защиту:

3. Изменение и релаксация частот линий комбинационного рассеяния под действием пироэлектрического поля в монокристаллах семейства нио-бата лития.

Апробация работы. Основные результаты были представлены на 17 российских и международных конференциях и симпозиумах: Пом Международном Симпозиуме "Нанофизика и наноэлектроника" (10-14.03.2007, Нижний Новгород), 19th International Symposium on Integrated Ferroelectrics (8-12.05.2007, Bordeaux, France), International Conference "Fundamentals of Laser assisted Micro- and Nanotechnologies" (25-28.06.2007, Санкт-Петербург), 2nd International Symposium "Micro- and Nano-scale Domain Structuring in Ferroelectrics" (22-27.08.2007, Екатеринбург), 11th European Meeting on Ferroelectricity (3-7.09.2007, Bled, Slovenia), бой Всероссийской школе-конференции "Нелинейные процессы и проблемы самоорганизации в современном материаловедении (индустрия наносистем и материалы)" (1420.10.2007, Воронеж), XVIII Всероссийской конференции по физике сегнето-электриков (12-14.06.2008, Санкт-Петербург), Mini-Symposium on Periodically-Modulated and Artificially Hetero-Structured Electrooptic Devices, (18-21.05.2009, Grasmere, Cumbria, UK), Journées du Groupe Français de Spectroscopic Vibrationnelle (3-5.06.2009, Metz, France), Journées Annuelles de la Société Française de Métallurgie et de Matériaux (17-19.06.2009, Rennes, France), 19th International Traveling Summer Schools on Microwaves and Lightwaves (4-10.07.2009, Rome, Italy), 3rd International Symposium "Micro-and Nano-scale Domain Structuring in Ferroelectrics" (13-18.09.2009,

Ekaterinburg), 6th International Seminar on Ferroelastics Physics (22-25.09.2009, Voronezh), 7ой Всероссийской школе-конференции "Нелинейные процессы и проблемы самоорганизации в современном материаловедении (индустрия наносистем и материалы)" (28.09-2.10.2009, Воронеж), 7ой Курчатовской молодёжной научной школе (10-12.11.2009, Москва), 10th Russia/CIS/Baltic/Japan Symposium on Ferroelectricity (20-24.06.2010, Yokohama, Japan), 19th International Symposium on the Applications of Ferroelectrics (9-12.08.2010, Edinburgh, UK).

Публикации и личный вклад автора. Основные результаты исследований опубликованы в 35 печатных работах, из них 8 статей во всероссийских и зарубежных реферируемых печатных изданиях и 27 тезисов российских и международных конференций. Диссертационная работа выполнена в лаборатории сегнетоэлектриков отдела оптоэлектроники и полупроводниковой техники НИИ ФПМ Уральского государственного университета им. A.M. Горького в рамках исследований, проводимых при частичной поддержке грантов РФФИ (гр. 10-02-96042-р-урал-а, гр. 10-02-00627-а), Федерального Агентства по образованию, ФЦП «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России 2009 - 2013» (гос. контракты П870 и П1262), Федерального Агентства по науке и инновациям (гос. контракты №. 02.740.11.0171 и 02.552.11.7069), а также в лаборатории фотонных и оптических материалов и систем университета им. Поля Верлена и Высшей школы электричества в городе Мец, Франция, в рамках проекта ARCUS, инициированного совместно Министерством иностранных дел Франции, Национальным Центром Научных исследований Франции (CNRS) и Региональным Советом Лотарингии.

Все основные результаты работы были получены лично автором или при его активном участии. Выбор направления исследований, обсуждение результатов и формулировка задач проводились совместно с научными руководителями профессорами В.Я. Шуром и П. Бурсоном, а также с соруководи-телем профессором М. Фонтаной. Эксперименты по измерению спектров комбинационного рассеяния ниобата лития проводились автором лично и с участием М.С. Небогатикова и С. Маргерона. Создание периодических доменных структур проводилось совместно с И.С. Батуриным. Облучение импульсным лазером проводилось совместно с Д.К. Кузнецовым. Исследование поверхностных доменных структур с помощью сканирующей зондовой микроскопии проводилось совместно с Е.И. Шишкиным и Е.В. Николаевой. Компьютерное моделирование спектров комбинационного рассеяния проводилось совместно с A.B. Постниковым.

Заключение диссертации по теме "Физика конденсированного состояния"

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ РАБОТЫ

1. Впервые на примере монокристаллов семейства ниобата лития обнаружено аномально сильное изменение величин смещения частоты и полуширины спектральных линий комбинационного рассеяния вблизи заряженных сегнетоэлектрических доменных стенок.

БЛАГОДАРНОСТИ

В заключение я хотел бы поблагодарить всех, кто помогал мне во время работы над этой диссертацией.

В первую очередь хочу выразить глубокую благодарность моим научным руководителям, профессору Шуру Владимиру Яковлевичу и профессору Патрису Бурсону, которые открыли для меня мир экспериментальной физики и показали, что еще много нерешенных вопросов ждут своего часа! Владимир Яковлевич стал для меня примером энергичного и устремленного современного ученого, который неуклонно движется к своей цели. С его легкой руки я смог повидать мир, завести международные связи, узнать как работают ученые в других странах. Во время моей работы во Франции Патрис Бур-сон оказал мне неоценимую помощь и поддержку не только в области науки, но и в повседневной жизни. Его неизменно хорошее настроение и чувство юмора с первых же дней позволили мне влиться в коллектив лаборатории!

Особо хочу поблагодарить моего соруководителя Марка Фонтану, с которым мы провели немало времени за обсуждением результатов, и Постникова Андрея Викторовича, за помощь в освоении компьютерного моделирования.

Отдельное спасибо хочу сказать всем сотрудникам, аспирантам и студентам лаборатории сегнетоэлектриков (Екатеринбург) и лаборатории оптических и фотонных материалов и систем (Мец). Спасибо Кузнецову Дмитрию, Шишкину Евгению, Николаевой Екатерине, Батурину Ивану, Пелегову Дмитрию, Небогатикову Максиму, Рашиду Хаммуму и Самюэлю Маргерону, которые помогали мне осваиваться в мире экспериментальной физики. Отдельное спасибо Алевтине Геннадьевне и Елене Пелеговой за поддержку и помощь в решении всех административных вопросов.

Спасибо администрации Уральского госуниверситета, сотрудникам и преподавателям физического факультета за предоставленную возможность учиться и одновременно работать в научной группе мирового уровня на современном высокоточном оборудовании.

С уважением,

Павел Зеленовский

СПИСОК УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ

А — интегральная интенсивность линии комбинационного рассеяния Ах, А2 - неприводимые представления группы симметрии СЗу ^ - амплитуда к -го нормального колебания

А^ТО) - поперечные оптические колебания, характеризующиеся неприводимым представлением Аь А^ЬО) — продольные оптические колебания, характеризующиеся неприводимым представлением А]. А2(ТО) - поперечные оптические колебания, характеризующиеся неприводимым представлением А2. Аг(ЬО) - продольные оптические колебания, характеризующиеся неприводимым представлением А2. ан - параметр гексагональной кристаллической решетки а, - амплитуда колебаний / -го атома аК, аК— параметры ромбоэдрической кристаллической решетки а, ау - тензор поляризуемости аКат - тензор комбинационного рассеяния В - матрица преобразования координат

ВТ - титанат бария, ВаТЮз С - коэффициент с — оптическая ось си - параметр гексагональной кристаллической решетки

С^, в"Сд, мСа]к - силовая матрица и ее аналитическая и неаналитическая части Су (г) - функция автокорреляции скорости СЬИ - конгруэнтный ниобат лития Б - электрическая индукция

D, Ц. — динамическая матрица d — толщина кристалла dijk — компоненты пьезоэлектрического тензора

DFT - density functional theory, теория функционала плотности St J - дельта-символ Кронекера

А. — смещение иона по оси Z

АЕ - разность энергий рассматриваемых энергетических состояний A v - разрешение по частоте А со - смещение волнового числа

E, E.t — электрическое поле

Е - неприводимые представления группы симметрии C3v

Е({ и1}) — полная энергия системы со смещенными атомами

Еъ - поле объемного экранирования

Edep - деполяризующее поле

Еех - внешнее электрическое поле

Е1ос — локальное электрическое поле

Еруго - пироэлектрическое поле

Erd - остаточное деполяризующее поле

Escr - поле внешнего экранирования

Ех, Еу, Ez - компоненты электрического поля

E(LO) - продольные оптические колебания, характеризующиеся неприводимым представлением Е. Е(ТО) - поперечные оптические колебания, характеризующиеся неприводимым представлением Е. е0 - компоненты тензора механических напряжений

0 - электрическая постоянная

- электронная диэлектрическая постоянная sb - диэлектрическая проницаемость кристалла в объеме sL — диэлектрическая проницаемость диэлектрического слоя F, Fy - матрица силовых констант р - фаза пьезоэлектрического отклика (р — электрический потенциал G , G к — матрица кинетической энергии

G{co) - Фурье-образ функции автокорреляции

GGA — generalized gradient approximation, обобщенное градиентное приближение

Г - ширина линии КР на половине высоты (полуширина) у( - компоненты пироэлектрического тензора h — постоянная Планка

Ti - приведенная постоянная Планка h - глубина прорастания нанодоменного луча - интенсивность рассеяния у) - спектральная плотность функции автокорреляции кв - постоянная Больцмана L - толщина диэлектрического слоя

LDA - local density approximation, приближение локальной плотности

LN - ниобат лития, LiNb03

LO - продольные оптические колебания

LT - танталат лития, LiTa03

Я - длина волны

MgO:LN - ниобат лития, легированный оксидом магния mi - масса i -го атома N - число атомов NA - числовая апертура

Nbft — антисайт ниобия, ион ниобия, занимающий место иона лития пе — показатель преломления необыкновенного луча п0 — показатель преломления обыкновенного луча п{/) - число частиц, находящихся в состоянии / V — частота Т — температура Тс - температура Кюри

ТСБ - триглицинсульфат, (МН2СН2СООН)3 хН2804 / - время

Кип ~ полное время моделирования в — угол распространения фононов относительно полярной оси

О - объем элементарной ячейки со — угловая частота со0 - положение максимума линии КР сою - частота продольных фононов сото - частота поперечных фононов

Р - поляризация

РРЬМ - периодически поляризованный ниобат лития

Р8 - спонтанная поляризация

РТ - титанат свинца, РЬТЮ3

Рг]1т ~~ эластооптический коэффициент

2 - нормальная координата <2 - заряд ц - волновой вектор

Я - степень неэффективности экранирования деполяризующего г, - радиус-вектор равновесного положения / -го атома р — поверхностная плотность связанных зарядов

- стехиометрический ниобат лития я - тензор механических напряжений о — тензор механических напряжений

ТО - поперечные оптические колебания ts - время полного переключения zscr - характерное время объемного экранирования

U - напряжение u, Uj — отклонение i -го атома от положения равновесия ujk - компоненты тензора деформаций

Vy - вакансия лития у, - скорость / -го атома w — ширина нанодоменного луча на поверхности кристалла

Z* - эффективный борновский заряд

АСМ - атомно-силовая микроскопия

ДС - доменная структура

ИК - инфракрасный

КР - комбинационное рассеяние

МД - молекулярная динамика

СЗМ - сканирующая зондовая микроскопия

СЛКМ-КР - сканирующая лазерная конфокальная микроскопия комбинационного рассеяния СМПО — силовая микроскопия пьезоэлектрического отклика СЭМ - сканирующая электронная микроскопия УФ - ультрафиолетовый

Список источников диссертации и автореферата по физике, кандидата физико-математических наук, Зеленовский, Павел Сергеевич, Екатеринбург

1. Abe R., Theoretical treatment of the movement of 180° domain in Ba-Ti03 single crystal // J. Phys. Soc. Japan.- 1959.- V. 14.- P. 633-642.

2. Abrahams S., Hamilton W., Reddy J., Ferroelectric lithium niobate. 4. Single crystal neutron diffraction study at 24°C // J. Phys. Chem. Solids 1966.- V. 27.- P. 1013-1018.

3. Abrahams S., Marsh P., Defect structure dependence on composition in lithium niobate // Acta Crystallogr., Sect. B: Struct. Sci. 1986.- V. 42.- P. 61-68.

4. Abrahams S., Reddy J., Bernsteina J., Ferroelectric lithium niobate. 3. Single crystal X-ray diffraction study at 24°C // J. Phys. Chem. Solids 1966.- V. 27.- P. 997-1012.

5. Ballman A., Growth of piezoelectric and ferroelectric materials by the Czochralski technique // J. Am. Ceram. Soc. 1965.- V. 48.- P. 112-113.

6. Baroni S., de Gironcoli S., Dal Corso A., Phonons and related crystal properties from density-functional perturbation theory // Rev. Mod. Phys.- 2001.-V. 73.-P. 515-562.

7. Barry I.E., Eason R., Cook G., Light-induced frustration of etching in Fe-doped LiNb03 // Appl. Surf. Sciences 1999.- V. 143.- P. 328-331.

8. Bernabe A.d., Prieto C., Andres A.d., Effect of stoichiometry on the dynamic mechanical properties of LiNb03 // J. Appl. Phys.- 1996.- V. 79.- P. 143148.

9. Berweger S., Raschke M., Polar phonon mode selection rules in tip-enhanced Raman scattering // J. Raman Spectroscopy 2009.- V. 40.- P. 14131419.

10. Born M., Huang K., Dynamical theory of crystal lattice // Oxford: Oxford University Press, 1962.- P. 431.

11. Boulesteix C., A survey of domains and domain walls generated by crys-tallographic phase transitions causing a change of the lattice // Phys. Stat. Sol. (a) -1984.-V. 86.-P. 11-42.

12. Boulesteix C., Salem M., Yangui B., Kang Z., Eyring L., Thickness of interfaces between twins, glide domains, and grain boundaries in oxides from HREM studies // Phys. Stat. Sol. (a) 1988.- V. 107.- P. 469-480.

13. Boyland A.J., Mailis S., Barry I.E., Eason R., Kaczmarek M., Latency effects and periodic structures in light-induced frustrated etching of Fe: doped LiNb03 // Appl. Phys. Lett. 2000.- V. 77,- P. 2792-2794.

14. Brown P.T., Mailis S., Zergioti I., Eason R., Microstructuring of lithium niobate single crystals using pulsed UV laser modification of etching characteristics // Optical Materials 2002.- V. 20.- P. 125-134.

15. Bryan D.A., Gerson R., Tomaschke H.E., Increased optical damage resistance in lithium niobate // Appl. Phys. Lett.- 1984.- V. 44.- P. 847-849.

16. Bursill L.A., Lin P.J., Electron microscopic studies of ferroelectric crystals // Ferroelectrics 1986.- V. 70.- P. 191-203.

17. Caciuc V., Postnikov A.V., Borstel G., Ab initio structure and zonecenter phonons in LiNb03 // Phys. Rev. B.- 2000.- V. 61.- P. 8806-8813.

18. Camlibel I., Spontaneous Polarization Measurements in Several Ferroelectric Oxides Using a Pulsed-Field Method // J. Appl. Phys.- 1969.- V. 40.-P. 1690-1693.

19. Car R., Parrinello M., Unified approach for molecular dynamics and density-functional theory // Phys. Rev. Lett.- 1985.- V. 55.- P. 2471-2474.

20. Ching W.Y., Gu Z.-Q., Xu Y.-N., First-principles calculation of the electronic and optical properties of LiNb03 // Phys. Rev. B.- 1994.- V. 50.- P. 19921995.

21. Cho Y., Hashimoto S., Odagawa N., Tanaka K., Hiranaga Y., Realization of 10 Tbit/in memory density and subnanosecond domain switching time in ferroelectric data storage // Appl. Phys. Lett.- 2005.- V. 87.- P. 232907-232910.

22. Chowdhury M.R., Peckham G.E., Saunderson D.H., A neutron inelastic scattering study of LiNb03 // J. Phys. C.- 1978.- V. 11.- P. 1671-1683.

23. Damen T.C., Porto S.P.S., Tell B., Raman Effect in Zinc Oxide // Phys. Rev.- 1966.-V. 142.-P. 570-574.

24. Dierolf V., Sandmann C., Inspection of periodically poled waveguide devices by confocal luminescence microscopy // Appl. Phys. B 2004.- V. 78.-P. 363-366.

25. Fatuzzo E., Merz W., Switching mechanism in triglycine sulfate and other ferroelectrics // Phys. Rev.- 1959.- V. 116.- P. 61-68.

26. Fatuzzo E., Merz W., Ferroelectricity // Amsterdam: North-Holland Publishing Company, 1967,- P. 287.

27. Foeth M., A. S., Stadelmann P., Buffat P.A., A comparison of HREM and weak beam transmission electron microscopy for the quantitative measurement of the thickness of ferroelectric domain walls // J. Electron. Microsc. 1999.- V. 48.- P. 717-723.

28. Fontana M., Hammoum R., Bourson P., Margueron S., Shur V., Raman probe on PPLN microstructures // Ferroelectrics 2008.- V. 373.- P. 26-31.

29. Fridkin V.M., Grekov A.A., Kosonogov N.A., Volk T.R., Photodomain effect in BaTi03 // Ferroelectrics 1972.- V. 4,- P. 169-175.

30. Galinetto P., Ballarini D., Grando D., Samoggia G., Microstructural modification of LiNb03 crystals induced by femtosecond laser irradiation // Appl. Surface Sei.- 2005.- V. 248.- P. 291-294.

31. Gonze X., Lee C., Dynamical matrices, Bom effective charges, dielectric permittivity tensors, and interatomic force constants from density-functional perturbation theory // Phys. Rev. B.- 1997.- V. 55.- P. 10355-10368.

32. Gopalan V., Dierolf V., Scrymgeour D., Defect-Domain Wall Interactions in Trigonal Ferroelectrics // Annu. Rev. Mater. Res.- 2007.- V. 37.- P. 449489.

33. Gopalan V., Jia Q., Mitchell T., In situ video observation of 180° domain kinetics in congruent LiNb03 // Appl. Phys. Lett. 1999.- V. 75.- P. 24822484.

34. Gopalan V., Mitchell T., In situ video observation of 180° domain switching in LiTa03 by electro-optic imaging microscopy // J. Appl. Phys. 1999.-V. 85.-P. 2304-2311.

35. Gouadec G., Colomban P., Raman Spectroscopy of nanomaterials: How spectra relate to disorder, particle size and mechanical properties // Progress in Crystal Growth and Characterization of Materials 2007.- V. 53.- P. 1-56.

36. Gruverman A., Auciello O., Hatano Y., Tokumoto H., Scanning force microscopy as a tool for nanoscale study of ferroelectric domains // Ferroelectrics -1996.-V. 184.- P. 11-20.

37. Gruverman A., Auciello O., Ramesh R., Tokumoto H., Scanning force microscopy of domain structure in ferroelectric thin films: imaging and control // Nanotechnology B 1997.- V. 8.- P. A38-A43.

38. Hadni A., Thomas R., Direct study of nucleation and domain-wall motion in ferroelectric triglycine sulphate // phys. stat. solidi (a) 1975.- V. 31.- P. 7181.

39. Hammoum R., Etude par spectroscopic Raman de la structure des domaines periodiquement polarises dans le niobate de lithium: Ph.D. thesis, Metz, France-2008.-P. 178.

40. Hammoum R., Fontana M., Bourson P., Shur V., Raman micro-spectroscopy as a probe to investigate PPLN structures // Ferroelectrics 2007.- V. 352,-P. 106-110.

41. Hammoum R., Fontana M., Bourson P., Shur V., Characterization of PPLN-microstructures by means of Raman spectroscopy // Appl. Phys. A 2008.-V. 91.-P. 65-67.

42. Hayashi M., Kinetics of domain wall motion in ferroelectric switching I. General formulation // J. Phys. Soc. Japan 1972.- V. 33.- P. 616-628.

43. Hayashi M., Kinetics of domain wall motion in ferroelectric switching II. Application to barium titanate // J. Phys. Soc. Japan 1973.- V. 34.-P. 1240-1244.

44. Hooton J., Merz W., Etch patterns and ferroelectric domains in BaTi03 single crystals // Phys. Rev. 1955.- V. 98.- P. 409-413.

45. Hytch M., Snoeck E., Kilaas R., Quantitative measurement of displacement and strain fields from HREM micrographs // Ultramicroscopy 1998.- V. 74.- P. 131-146.

46. Inbar I., Cohen R.E., Comparison of the electronic structures and energetics of ferroelectric LiNb03 and LiTa03 // Phys. Rev. B.- 1996.- V. 53.- P. 11931204.

47. Iyi N., Kitamura K., Izumi F., Yamamoto J., Hayashi T., Asano H., Ki-mura S., Comparative study of defect structures in lithium niobate with different compositions // J. Solid State Chem. 1992.- V. 101.- P. 340-352.

48. Jach T., Gopalan V., Durbin S., Bright D., Long-range strains and the effects of applied field at 180 deg ferroelectric domain walls in lithium niobate // Phys. Rev. B.- 2004.- V. 69.- P. 064113

49. Johnston W.D., Nonlinear Optical Coefficients and the Raman Scattering Efficiency of LO and TO Phonons in Acentric Insulating Crystals // Phys. Rev. B- 1970.- V. l.-P. 3494-3503.

50. Johnston W.D., Kaminow I.P., Quantitative Determination of Sources of the Electro-Optic Effect in LiNb03 and LiTa03 // Phys. Rev.- 1967.- V. 160.-P. 519-522.

51. Jones R., Gunnarsson O., The density functional formalism, its applications and prospects // Rev. Mod. Phys.- 1989.- V. 61.- P. 689-746.

52. Kalinin S. and Bonnell D., Electrostatic and magnetic force microscopy // Scanning probe microscopy: theory, techniques and applications 2001. - P.205-251.

53. Kaminow I.P., Johnston W.D., Temperature dependence of Raman and Rayleigh scattering in LiNb03 and LiTa03 // Phys. Rev.- 1968.- V. 168.- P. 10451054.

54. Keresztury G., Raman spectroscopy: Theory in Handbook of Vibrational Spectroscopy // Wiley 2002. - V. 1.

55. Kim S., Gopalan V., Kitamura K., Furukawa Y., Domain reversal and nonstoichiometry in lithium tantalate // J. Appl. Phys.- 2001.- V. 90.- P. 29492963.

56. Kinase W., Takahashi H., On the 180°-type domain wall ofBaTi03 crystal // J. Phys. Soc. Japan.- 1957.- V. 12.- P. 464-476.

57. King-Smith R., Vanderbilt D., Theory of polarization of crystalline solids // Phys. Rev. B.- 1993.- V. 47.- P. 1651-1654.

58. Kitamura K., Furukawa Y., Lyi N., Progress in single crystal growth of LiNb03 using double crucible Czochralski method // Ferroelectrics 1997.- V. 202.-P. 21-28.

59. Kitamura K., Yamamoto J., Iyi N., Kirnura S., Hayashi T., Stoichiometric LiNb03 single crystal growth by double crucible Czochralski method using automatic powder supply system // J. Cryst. Growth 1997.- V. 116.- P. 327-332.

60. Kohn W., Sham L., Self-Consistent Equations Including Exchange and Correlation Effects // Phys. Rev.- 1965.- V. 140.- P. A1133-A1138.

61. Kojima S., Composition Variation of Optical Phonon Damping in Lithium Niobate Crystals // Jap. J. Appl. Phys. 1993.- V. 32.- P. 4373-4376.

62. Lambeck P., Jonker G., Ferroelectric domain stabilization in BaTi03 by bulk ordering of defects // Ferroelectrics 1978.- V. 22.- P. 729-731.

63. Lambeck P., Jonker G., The nature of domain stabilization in ferroelectric perovskites // J. Phys. Chem. Sol.- 1986.- V. 47.- P. 453-461.

64. Landauer R., Electrostatic considerations in BaTi03 domain formation during polarization reversal // J. Appl. Phys. 1957.- V. 28.- P. 227-234.

65. Le Bihan R., Study of ferroelectric and ferroelastic domain structures by scanning electron microscopy // Ferroelectrics 1989.- V. 97.- P. 19-46.

66. Lhomme F., Bourson P., Boulon G., Guyot Y., Burlot-Loison R., Fontana M., Aillerie M., Malovichko G., New spectroscopic investigation of Cr3+ centers in LiNb03 crystals // Journal of Luminescence 1999.- V. 83-84.- P. 441-445.

67. Little E., Dynamic behavior of domain walls in barium titanate // Phys. Rev. 1955.- V. 98.- P. 978-984.

68. Loudon R., Barker A.S., Dielectric Properties and Optical Phonons in LiNb03 // Phys. Rev.- 1967.- V. 158.- P. 433-445.

69. Mailis S., Riziotis C., Smith P., Scott J.G., Eason R., Continuous wave ultraviolet radiation induced frustration of etching in lithium niobate single crystal // Appl. Surf. Sciences 2003.- V. 206.- P. 46-52.

70. Mailis S., Sones C.L., Scott J.G., Eason R.W., UV laser-induced ordered surface nanostructures in congruent lithium niobate single crystals // Appl. Surf. Sciences 2005.- V. 247.- P. 497-503.

71. Matthias B., Remeika J., Ferroelectricity in the Ilmenite Structure // Phys. Rev.- 1949.- V. 76.- P. 1886-1887.

72. Mele E., Screening of a point charge by an anisotropic medium: Anamorphoses in the method of images // Am. J. Phys.- 2001.- V. 69.- P. 557-562.

73. Merz W., Domain formation and domain wall motions in ferroelectric BaTi03 single crystals // Phys. Rev. 1954.- V. 95.- P. 690-698.

74. Merz W.J., Switching time in ferroelectric BaTi03 and its dependence on crystal thickness // J. Appl. Phys. 1956,- V. 27.- P. 938

75. Miller R.C., On the origin of Barkhausen pulses in BaTiOs // J. Phys. Chem. Solids I960.- V. 17.- P. 93-100.

76. Miller R.C., Savage A., Direct observation of antiparallel domains during polarization reversal in single-crystal barium titanate // Phys. Rev. Lett. -1959.- V. 2.-P. 294-296.

77. Miller R.C., Savage A., Motion of 180° domain walls in metal elec-troded barium titanate crystals as function of electric field and sample thickness // J. Appl. Phys. I960.- V. 31.- P. 662-669.

78. Miller R.C., Weinreich G., Mechanism for the sidewise motion of 180° domain walls in barium titanate // Phys. Rev. I960.- V. 117.- P. 1460-1466.

79. Mouras R., Bourson P., Fontana M., Aillerie M., Lhomme F., Polgar K., Influence of the MgO doping concentration on the width of the E(TOi) Raman mode in congruent LiNbOa crystals // Radiation Effects and Defects in Solids -1999.-V. 150.- P. 255- 258.

80. Mouras R., Fontana M.D., Bourson P., Postnikov A.V., Lattice site of Mg ion in LiNb03 crystal determined by Raman spectroscopy // J. Phys.- Condens. Matter.- 2000.- V. 12.- P. 5053-5059.

81. Muller M., Soergel E., Buse K., Influence of ultraviolet illumination on the poling characteristics of lithium niobate crystals // Appl. Phys. Lett. 2003.- V. 83.-P. 1824-1826.

82. Nassau K., Levinstein H., Ferroelectric behavior of lithium niobate // Appl. Phys. Lett.- 1965.- V. 7.- P. 69-70.

83. Nassau K., Levinstein H., Loiacono G., The domain structure and etching of ferroelectric lithium niobate // Appl. Phys. Lett.- 1965.- V. 6.- P. 228-229.

84. Osada M., Tada M., Kakihana M., Noguchi Y., Miyayama M., Observation of ferroelectric domains in bismuth-layer-structured ferroelectrics using Raman spectroscopy // Materials Science and Engineering B 2005.- V. 120.- P. 9599.

85. Parlinski K., Li Z.Q., Kawazoe Y., First-Principles Determination of the Soft Mode in Cubic Zr02 // Phys. Rev. Lett. 1997.- V. 78.- P. 4063-4066.

86. Parlinski K., Li Z.Q., Kawazoe Y., Ab initio calculations of phonons in LiNb03 // Phys. Rev. B.- 2000.- V. 61.- P. 272-278.

87. Payne M., Teter M., Allan D., Arias T., Joannopoulos J., Iterative minimization techniques for ab initio total-energy calculations: molecular dynamics and conjugate gradients // Rev. Mod. Phys.- 1992.- V. 64,- P. 1045-1097.

88. Postnikov A.V., Vibrations in solids and small particles from first-principles calculations // Computational Materials Science 2003. - V. 187. -P.152-166.

89. Postnikov A.V., Caciuc V., Ab initio zone-center phonons in LiTa03: Comparison to LiNb03 // Phys. Rev. B.- 2001.- V. 64,- P. 224303.

90. Postnikov A.V., Caciuc V., Borstel G., Structure optimization and frozen phonons in LiNb03 // J. Phys.-Chem. Solids. 2000.- V. 61.- P. 295-299.

91. Raptis C., Assignment and temperature dependence of the Raman modes of LiTa03 studied over the ferroelectric and paraelectric phases // Phys. Rev. B.-1988.-V. 38.-P. 10007-10019.

92. Repelin Y., Husson E., Bennani F., Proust C., Raman spectroscopy of lithium niobate and lithium tantalate. Force field calculations // J. Phys.-Chem. Solids. 1999.- V. 60.- P. 819-825.

93. Ridah A., Bourson P., Fontana M., Malovichko G., The composition dependence of the Raman spectrum and new assignment of the phonons in LiNb03 // J. Phys.- Condens. Matter. 1997.- V. 9.- P. 9687-9693.

94. Scott J., Boyland A.J., Mailis S., Grivas C., Wagner O., Lagoutte S., Eason R., Self-ordered sub-micron structures in Fe-doped LiNb03 formed by light-induced frustration of etching // Appl. Surf. Sciences 2004,- V. 230,- P. 138-150.

95. Scott J.G., Mailis S., Sones C.L., Eason R., A Raman study of single-crystal congruent lithium niobate following electric-field repoling // Appl. Phys. A -2004.-V. 79.-p. 691-696.

96. Scrymgeour D., Gopalan V., Itagi A., Saxena A., Swart P., Phenome-nological theory of a single domain wall in uniaxial trigonal ferroelectrics: lithium niobate and lithium tantalate // Phys. Rev. B 2005.- V. 71.- P. 184110

97. Servoin J.-L., Gervais F., Soft vibrational mode in LiNb03 and LiTa03 // Solid State Communications 1979.- V. 31.- P. 387-391.

98. Shaufele R.F., Weber M.J., Raman Scattering by Lithium Niobate // Phys. Rev.- 1966.- V. 152.- P. 705-708.

99. Shur D., Rosenman G., Figures of merit for ferroelectric electron emission cathodes // J: Appl. Phys.- 1996.- V. 80.- P. 3445-3450.

100. Shur V., Fast Polarization Reversal Process: Evolution of Ferroelectric Domain Structure in Thin Films in Ferroelectric thin films: synthesis and basic properties // NY: Gordon & Breach Science Publ. 1996. - Chapter 6. - P. 153-192.

101. Shur V., Kinetics of ferroelectric domains: Application of general approach to LiNb03 and LiTa03 // J. Mat. Science 2006.- V. 41.- P. 199-210.

102. Shur V., Gruverman A., Ponomarev N., Rumyantsev E., Tonkachyova N., Fast reversal process in real ferroelectrics // Integrated Ferroelectrics 1992.-V. 2.-P. 51-62.

103. Shur V., Lobov A., Shur A., Kurimura S., Nomura Y., Terabe K., Liu X., Kitamura K., Rearrangement of ferroelectric domain structure induced by chemical etching // Appl. Phys. Lett. 2005.- V. 87.- P. 022905-22908.

104. Shur V., Rumyantsev E., Nikolaeva E., Shishkin E., Formation and evolution of charged domain walls in congruent lithium niobate // Appl. Phys. Lett.- 2000.- V. 77.- P. 3636-3638.

105. Shur V.Y., Correlated Nucleation and Self-organized Kinetics of Ferroelectric Domains in Nucleation Theory and Applications // Wiley 2005. - V. 6. -P. 178

106. Shur V.Y., Gruverman A.L., Letuchev V.V., Rumyantsev E.L., Subbotin A.L., Domain structure of lead germanate // Ferroelectrics 1989.- V. 98.-P. 29-49.

107. Shur V.Y., Gruverman A.L., Rumyantsev E.L., Dynamics of domain structure in uniaxial ferroelectrics // Ferroelectrics 1990.- V. 111.- P. 123-131.

108. Shur V.Y., Kuznetsov D., Lobov A., Nikolaeva E., Dolbilov M.A., -Orlov A., Osipov V., Formation of self-similar surface nano-domain structures in lithium niobate under highly-nonequilibrium conditions // Ferroelectrics 2006.-V. 341.- P. 85-93.

109. Soergel E., Visualization of ferroelectric domains in bulk single crystals //Appl. Phys. B. 2005.- V. 81.- P. 729-751.

110. Soler J., Artacho E., Gale J., Garcia A., Junquera J., Ordejon P., Sanchez-Portal D., The SIESTA method for ab initio order-N materials simulation // J. Phys.- Condens. Matter 2002.- V. 14.- P. 2745

111. Sones C.L., Mailis S., Brocklesby W.S., Eason R.W., Owen J.R., Differential etch rates in Z-cut LiNb03 for variable HF/HNO3 concentrations // J. Mater. Chem. 2002.- V. 12.- P. 295-298.

112. Stach E.A., Radmilovic V., Deshpande D.C., Malshe A.P., Alexander D., Doerr D., Nanoscale surface and subsurface defects induced in lithium niobate by a femtosecond laser // Appl. Phys. Lett. 2003.- V. 83.- P. 4420-4422.

113. Stadler H., Zachmanidis P., Nucleation and Growth of Ferroelectric Domains in BaTi03 at Fields from 2 to 450 kV/cm // J. Appl. Phys. 1963.- V. 34.-P. 3255-3260.

114. Stemmer S., Streiffer S., Ernst F., Ruhle M., Atomistic structure of 90o domain walls in ferroelectric PbTi03 thin films // Phylos. Mag. A 1995.- V. 71.-P. 713-724.

115. Stolichnov I., Tagantsev A., Setter N., Cross J., Tsukada M., Top-interface-controlled switching and fatigue endurance of (Pb,La)(Zr,Ti)03 ferroelectric capacitors // Appl. Phys. Lett. 1999.- V. 74.- P. 3552-3554.

116. Sweeney K.L., Halliburton L.E., Bryan D.A., Rice R.R., Gerson R., Tomaschke H.E., Point defects in Mg-doped lithium niobate // J. Appl. Phys.-1985.-V. 57.-P. 1036-1044.

117. Tanaka M., Honjo G., Electron optical studies of barium titanate single crystal films // J. Phys. Soc. Japan. 1964.- V. 19.- p. 954-970.

118. Tsukada T., Kakinoki K., Hozawa M., Imaishi N., Shimamura K., Fu-kuda T., Numerical and experimental studies on crack formation in LiNbC>3 single crystal // J. Crystal Growth 1997.- V. 180.- P. 543-550.

119. Tsunekawa S., Fukuda T., Ozaki T., Yoneda Y., Terauchi Y., Study of ferroelectric domains in BaTiOs crystalline films and bulk crystals by atomic force and scanning electron microscopies // J. Appl. Phys. 1998.- V. 84.- P. 999-1002.

120. Veithen M., First-principles study of ferroelectric oxides: dynamical properties and electron localization tensor: Master thesis, Liege, Belgium 2003. -P. 55.

121. Veithen M., Ghosez P., First-principles study of the dielectric and dynamical properties of lithium niobate // Physical Review B 2002.- V. 65.- P. 214302

122. Volk T., Wohlecke M., Lithium niobate. Defects, photorefraction and ferroelectric switching: Springer Series in Materials Science Springer // Berlin Heid, 2009.- P. 250.

123. Wang Y., Dec J., Kleemann W., Study on surface and domain structures of PbTi03 crystals by atomic force microscopy // J. Appl. Phys. 1998.- V. 84.- P. 6795-6799.

124. Weis R., Gaylord T., Lithium niobate: Summary of physical properties and crystal structure // Appl. Phys. A 1985.- V. 37.- P. 191-203.

125. Wengler M.C., Fassbender B., Soergel E., Buse K., Impact of ultraviolet light on coercive field, poling dynamics and poling quality of various lithium niobate crystals from different sources // J. Appl. Phys. 2004.- V. 96.- P. 28162820.

126. Wengler M.C., Heinemeyer U., Soergel E., Buse K., Ultraviolet lightassisted domain inversion in magnesium-doped lithium niobate crystals // J. Appl. Phys. 2005.- V. 98.- P. 064104

127. Wilkinson A.P., Cheetham A.K., Jarman R.H., The defect structure of congruently melting lithium niobate // J. Appl. Phys. 1993.- V. 74,- P. 30803083.

128. Xiangke H., Xue D., Doping mechanism of optical-damage-resistant ions in lithium niobate crystals // Optics Communications 2006.- V. 265.- P. 537541.

129. Xiangke H., Xue D., Kitamura K., Defects and domain engineering of lithium niobate crystals // Materials Science and Engineering В 2005.- V. 120.-P. 27-31.

130. Xue D., Sixin W.u., Zhu Y., Terabe K., Kitamura K., Wang J., Nano-scale domain switching at crystal surfaces of lithium niobate // Chem. Phys. Lett. -2003.-V. 377.- P. 475-480.

131. Yamamoto Т., Kawano K., Saito M., Omika S., Surface and domain structure of pure PbTi03 and Pb(Zni/2Nbi/2)o,9iTio,o903 single crystals by atomic force microscopy // Jap. J. Appl. Phys. 1997.- V. 36.- P. 6145-6149.

132. Yangui В., Boulesteix C., Bourret A., Nihoul G., Schiffmacher G., High-resolution study of incoherent twin boundaries and of isolated wedge mi-crotwins in rare-earth monoclinic sesquioxides (Ln203-B) // Phylos. Mag. A -1982.- V. 45.-P. 443-454.

133. Zelenovskiy P., Fontana M., Shur V., Bourson P., Kuznetsov D., Raman visualization of micro- and nanoscale domain structures in lithium niobate // Appl. Phys. A 2010.- V. 99.- P. 741-744.

134. Zotov N., Boysen H., Frey F., Metzger Т., Born E., Cation substitution models of congruent LiNb03 investigated by X-ray and neutron powder diffraction // J. Phys. Chem. Solids 1994.- V. 55.- P. 145-152.

135. Барфут Д., Тейлор Д., Полярные диэлектрики и их применение // М.: Мир, 1981.- 526 с.

136. Бонч-Бруевич В.Д., Калашников С.Г., Физика полупроводников // М.: Наука, 1977.- 672 с.

137. Бородина В.А., Бабанских В.А., Бородин В.З., Исследование неоднородного экранирования в кристаллах ВаТЮз по локальной пироактивности //Ростов-на-Дону, ВИНИТИ, 1981. -N. 5531-81

138. Важенин В .А, Стариченко К., Гурьев А., Движение примесных ионов галогенов в германате свинца // ФТТ 1988.- Т. 30.- С. 1443-1447.

139. Википедия: Электронный ресурс http://ru.wikipedia.org/wiki/ Ниобий.

140. Вонсовский C.B., Магнетизм // М.: Наука, 1971.- 1032 с.

141. Вонсовский C.B., Шур Я.С., Ферромагнетизм // М.: ОГИЗ, 1948.816 с.

142. Гинзбург B.JL, Фабелинский И.Л., К истории открытия комбинационного рассеяния света // Вестник российской Академии наук 2003.- Т. 73,- С. 215-227.

143. Донцова Л., Булатова Л., Попов Э., Шильников А., Чеботарев А., Тихомирова Н., Баранов А., Шувалов Л., Закономерности динамики доменов в процессе переполяризации кристаллов ТГС // Кристаллография 1982.- Т. 27.- С. 305-312.

144. Донцова Л., Тихомирова Н., Булатова Л., Попов Э., Шильников А., Шувалов Л., Аномальное переключение доменов в кристаллах триглицин-сульфата//Кристаллография 1983.- Т. 28.- С. 388-391.

145. Зеленовский П., Шур В., Кузнецов Д., Мингалиев Е., Fontana M., Bourson Р., Визуализация нанодоменов в монокристаллах ниобата лития методом сканирующей лазерной конфокальной микроскопии комбинационного рассеяния // ФТТ 2011.- Т. 53.- С. 106-109.

146. Ибрагимов И., Ковшов А., Назаров Ю., Основы компьютерного моделирования наносистем. Учебное пособие // СПб: Издательство "Лань", 2010.-384 с.

147. Иванцов В., Николаев В., Попов И., Наблюдение развития доменной структуры монокристаллов NaN02 в растровом электронном микроскопе // ФТТ 1987.- Т. 29.- С. 1855-1857.

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

149. Кеди У., Пьезоэлектричество и его практические применения // М.: Издательство иностранной литературы, 1949.- 720 с.

150. Кон В., Электронная структура вещества волновые функции и функционалы плотности // УФН - 2002.- Т. 172.- С. 336-348.

151. Константинова В., Сильвестрова И., Юрин В., Двойникование и диэлектрические свойства кристалла триглицинсульфата // Кристаллография 1959.- Т. 4.- С. 125-129.

152. Кузнецов Д.К., Влияние облучения на доменную структуру и переключение поляризации в сегнетоэлектриках: Дисс. канд. физ.-мат. наук, Екатеринбург, 2006. 144 с.

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

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

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

156. Матвеев А.Н., Электричество и магнетизм // М.: Высш. школа, 1983.- 463 с.

157. Отко А.И., Носенко А.Е., Сольский И.М., Бурак Я.В., Объемная визуализация 180° сегнетоэлектрических доменов в LiNb03 с помощью электрооптических эффектов // ФТТ 1989.- Т. 31.- С. 42-47.

158. Панченко Т.В., Волнянский М.Д., Моня В.Г., Дуда В.М., Дефекты и переполяризация кристаллов Pb5Ge30n // ФТТ 1977.- Т. 19.- С. 1238-1244.

159. Розенман Г., Охапкин В., Чепелев Ю., Шур В., Эмиссия электронов при переключении сегнетоэлектрика германата свинца // Письма в ЖЭТФ 1984.- Т. 39.- С. 396-399.

160. Селюк Б., Пространственный компенсирующий заряд в сегнето-электриках//Кристаллография 1968.- Т. 13.- С. 447-451.

161. Смоленский Г., Физика сегнетоэлектрических явлений // Ленинград: Наука, 1985.- 396 с.

162. Согр A.A., Бородин В.З., Переполяризация сегнетоэлектриков в растровом электронном микроскопе // Известия АН СССР, серия физическая 1977.-Т. 41.-С. 1498-1501.

163. Согр A.A., Бородин В.З., Наблюдение динамики доменной структуры сегнетоэлектриков в растровом электронном микроскопе // Известия АН СССР, сер. физ. 1984.- Т. 48.- С. 1086-1089.

164. Струков Б., Леванюк А., Физические основы сегнетоэлектрических явлений в кристаллах // М.: Наука, 1983.- 240 с.

165. Сущинский М.М., Спектры комбинационного рассеяния молекул и кристаллов // Физика и техника спектрального анализа, М: Наука, 1969.576 с.

166. Фабелинский И.Л., Открытие комбинационного рассеяния света // УФН- 1978.- Т. 126.- С. 123-152.

167. Фабелинский И.Л., Комбинационному рассеянию света 70 лет // УФН - 1998.- Т. 168.- С. 1341-1360.

168. Федулов С., Шапиро 3., Ладыжинский П., Применение метода Чохральского для выращивания монокристаллов LiNb03, LiTa03, NaNb03 // Кристаллография 1965.- Т. 10.- С. 268-270.

169. Фесенко Е., Гавриляченко В., А.Ф. С., Доменная структура многоосных сегнетоэлектрических кристаллов // Ростов-на-Дону: изд. Ростовского университета, 1990. 192 с.

170. Фридкин В., Сегнетоэлектрики-полупроводники // М.: Наука, 1976.-408 с.

171. Шакманов В., Спивак Г., О наблюдении доменной структуры тонких сегнетоэлектрических пленок в просвечивающем электронном микроскопе // Известия АН СССР, сер. физ. 1966.- Т. 30.- С. 823-828.

172. Шакманов В., Якунин С., Спивак Г., Васильева Н., Меламед В., Наблюдение переполяризации монокристаллических пленок ВаТЮ3 с помощью стробоскопического просвечивающего электронного микроскопа // Кристаллография 1972.- Т. 17.- С. 351-355.

173. Шур В., Ахматханов А., Батурин И., Небогатиков М., Долбилов М., Комплексное исследование процессов объемного экранирования в монокристаллах семейства ниобата лития и танталата лития // ФТТ 2010.- Т. 52.-С. 2004-2010.

174. Шур В., Груверман А., Пономарев Н., Румянцев Е., Тонкачева Н., Кинетика доменной структуры при сверхбыстром переключении поляризации в германате свинца // Письма в ЖЭТФ 1991.- Т. 53.- С. 591-594.

175. Шур В.Я., Летучев В.В., Овечкина И.В., Обратное переключение в монокристаллах германата свинца // ФТТ 1984.- Т. 26.- С. 3474-3476.

176. Шур В .Я., Летучев В.В., Румянцев Е.Л., Полевая зависимость параметров переполяризации и форма доменов в германате свинца // ФТТ -1984.- Т. 26.- С. 2510-2512.

177. Шур В.Я., Летучев В.В., Румянцев Е.Л., Овечкина И.В., Домены треугольной формы в германате свинца // ФТТ 1985.- Т. 27.- С. 1585-1587.

178. Юрин В., Получение устойчивого монодоменного состояния сег-нетоэлектриков // Известия АН СССР, сер. физ. i960,- Т. 24.- С. 1329-1333.

179. Якунин С., Шакманов В., Спивак Г., Васильева Н., Микроструктура доменов и доменных границ монокристаллических пленок титаната бария //Кристаллография 1972.- Т. 14.- С. 372-377.

180. СПИСОК ПУБЛИКАЦИЙ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

181. Статьи, опубликованные в ведущих рецензируемых научных журналах, определенных ВАК:

182. Zelenovskiy P.S., FontanaM.D., ShurV.Ya., BoursonP., Kuznetsov D.K., Raman visualization of micro- and nanoscale domain structures in lithium niobate // Appl. Phys. A 2010. - V. 99, № 4. - P. 741-744.

183. Shur V.Ya., Shishkin E.I., Nikolaeva E.V., Nebogatikov M.S., Alikin D.O., Zelenovskiy P.S., Sarmanova M.F., ■ Dolbilov M.A., Study of nanoscale domain structure formation using Raman confocal microscopy // Ferroelectrics-2010.-V. 398.-P. 91-97.

184. Zelenovskiy P.S., ShurV.Ya., BoursonP., FontanaM.D., Kuznetsov D.K., Mingaliev E.A., Raman study of neutral and charged domain walls in lithium niobate // Ferroelectrics 2010. - V. 398. - P. 34-41.

185. Тезисы всероссийских и международных научных конференций:

186. Nanoscale Domain Structuring in Ferroelectrics", Ekaterinburg, Russia, August 22-27, 2007.-P. 96-97.

187. Zelenovskiy P., ShurV., BoursonP., FontanaM., HammoumR., Margueron S., Raman Investigation of Periodically Poled Lithium Niobate //

188. Journées du Groupe Français de Spectroscopic Vibrationnelle, Metz, France, June 3-5, 2009.

189. Zelenovskiy P., Shur V., Fontana M.D., Bourson P., Kuznetsov D.K., Raman Imaging of Micro- and Nanoscale Domain Structures in Lithium Niobate // 19th International Traveling Summer Schools on Microwaves and Lightwaves, Rome, Italy, July 4-10, 2009.

190. Zelenovskiy P.S., Shur V.Ya., Kuznetsov D.K. , Bourson P., Fontana M.D., Raman Imaging of Micro- and Nanoscale Domain Structures in Lithium Niobate // 6th International Seminar on Ferroelastic Materials, Voronezh, Russia, September 22-25, 2009. P. 75.

191. Zelenovskiy P., Fontana M., Bourson P., Shur V., Micro-Raman Characterization of Domain Structures in Lithium Niobate // 19th International Symposium on the Applications of Ferroelectrics, Edinburgh, August 9-12, 2010. -P. 152.