Лекция12 Периодические доменные структуры (ПДС) в сегнетоэлектрических кристаллах

Периодические доменные структуры (ПДС) в сегнетоэлектрических кристаллах

Методы формирования индуцированных доменов и периодических доменных структур в сегнетоэлектриках

Распространение и генерация оптических волн в ПДС волн.

Нелинейные оптические эффекты в ПДС.

Периодические доменные структуры (ПДС)

Периодические структуры с изменяющимися от слоя к слою набором электрических , оптических , упругих или пьезоэлектрических характеристик сформированными в диэлектрических материалах, представляют определенный интерес. Он связан с возможностью их применения для генерации или преобразования частоты оптического или акустического излучения. Периодические и квазипериодические структуры обладают локализацией электронных состояний, оптических и упругих свойств.

Фотонные кристаллы - это класс диэлектрических материалов с одно- двух – и трехмерными периодическими структурами. Основной особенностью является зависимость коэффициента пропускания или отражения электромагнитных волн от параметров периодической структуры. Частотные интервалы полного пропускания или отражения определяются кратностью периода структуры длине соответствующей волны.

Фотонная запрещенная зона –это зона в спектре энергий в которой коэффициент пропускания практически равен нулю.

Фононные кристаллы – кристаллы с периодической структурой состоящей из чередующихся областей с различными значениями модулей упругости или пьезоэлектрических модулей. Другое название этих периодических структур –оптические и акустические сверхрешетки.

В линейном приближении для одномерного структуры приложение внешних электрических поля или магнитного поля создает перестройку фотонного спектра.

При распространении электромагнитной волны через двумерную сверхрешетку сложная картина разрешенных и запрещенных зон при условии равных периодов в двух взаимно перпендикулярных направлениях. Заштрихованные полосы соответствуют запрещенным зонам спектра двумерной сверхрешетки с периодом D/см рис 309 игн.

Рис Схематическое изображение запрещенных и разрешенных зон в двумерной сверхрешетке. Периоды равные и по обеим осям откладываются фазы , где -пространственный период квадратной сверхрешетки.

Заштрихованные квадраты и прямоугольники отвечают разрешенным частотам.

Заштрихованные дуги соответствуют запрещенным зонам спектра.

Во второй половине 1980 –х годов были разработаны новые способы формирования периодических доменных структур (ПДС) в ряде кислородооктаэдрических сегенетоэлектриков (ниобат лития, танталат лития, титанат бария). В сегнетоэлектриках ПДС образуют домены с поляризацией, инвертированной по отношению к первоначально существовавшей однородной спонтанной поляризацией, и домены, сохраняющие направление спонтанной поляризации. Обычно формируется ПДС с антипараллельной ориентацией доменов «голова к хвосту» или «голова к голове» см рис309игн

Рис Периодические доменные структуры (сверху вниз) :

а) типа «голова к хвосту»,

б)типа «голова к голове»,

в)квазипериодического типа.

Домены в ПДС имеют размеры от миллиметров до десятков нанометров. ПДС, сформированные в сегнетоэлектриках, используют для преобразования когерентного оптического излучения во вторую гармонику, и для генерации и преобразования акустических колебаний. Главной проблемой практического использования периодических доменных структур является большая величина напряженности электрического поля для изменения размеров доменов в них.

Квазипериодические доменные структуры (КПДС) в сегнетоэлектриках образованы системой антипараллельных () доменов отличающихся своими размерами. В таких системах фазовое согласование между первой и второй гармониками зависит от разности размеров доменов. Генерация оптической или акустической второй гармоники происходит в более широком диапазоне частот.