Fyzikální ústav Akademie věd ČR

Počítačové simulace založené na Ginzburgově-Landauově-Devonshirově teorii jsou používány ke zkoumání piezoelektrických vlastností monokrystalu BaTiO₃. Ukázali jsme, že piezoelektrická odezva monokrystalu BaTiO₃ s 90° doménovou strukturou tetragonální fáze roste s rostoucí hustotou 90° doménových stěn. Značný vzrůst podélného piezoelektrického koeficientu je předpovězen pro velikost domén menší než 50 nm. Kromě toho jsme ukázali, že hlavní příspěvek do podélného piezoelektrického koeficientu pochází zejména od objemu domén [J. Hlinka a kol., Nanotechnology 20, 105709 (2009)]. (více...)

Obr. 1: Závislost podélného piezoelektrického koeficientu na vzdálenosti 90° doménových stěn vypočtená z odezvy monokrystalu BaTiO₃ s 90° doménovou strukturou na jednoosé mechanické napětí působící v krystalografickém směru [111]. Vložený obrázek schématicky znázorňuje geometrické uspořádaní, které bylo použito v počítačových simulacích.

Nicméně, vliv hustoty doménových stěn na piezoelektrickou odezvu pozorovaný v experimentech je větší než ukazují naše simulace. Naše poslední teoretické výpočty [P. Marton a kol., Phys. Rev. B 81, 144125 (2010) ] naznačují, že v perovskitových feroelektrikách typu BaTiO₃ mohou existovat také složitější doménové stěny, jejichž struktura připomíná Blochovy stěny známé z feromagnetizmu. Tyto doménové stěny mohou způsobit dodatečný nárůst elektromechanické odezvy.

Obr. 2: Mechanicky kompatibilní a elektricky neutrální doménové stěny ve třech feroelektrických fázích BaTiO₃. Za písmenem označujícím fázi (T – tetragonální, O – ortorombická a R – romboedrická) uvádíme úhel mezi vektory polarizace v sousedících doménách a v některých případech také směr normály stěny.