Методом силовой микроскопии пьезоэлектрического отклика исследованы тонкие пленки цирконата-титаната свинца, отличающиеся сферолитовой радиально-лучистой микро-стуктурой, состав которых соответствует области морфотропной фазовой границы. Выявлены особенности вертикального и латерального пьезооткликов, а также потенциала поверхности (Кельвин-мода). Проводится сравнение свойств пьезоэлектрического отклика тонких пленок с особенностями радиально-лучистой микроструктуры и механических напряжений, образующихся в пленках в результате кристаллизации фазы перовскита из аморфной фазы.ф
We studied thin films of lead zirconate titanate, characterized by a spherulitic radial-radiant microstructure, the composition of which corresponds to the region of the morphotropic phase boundary, using the piezoelectric response force microscopy method. Features of the vertical and lateral piezoresponses and the surface potential (Kelvin mode) were revealed. We also compared the piezoelectric response with the radial microstructure features and mechanical stresses formed in the films as a result of crystallization of the perovskite phase from the amorphous phase.
Идентификаторы и классификаторы
- Префикс DOI
- 10.33910/2687-153X-2024-5-2-60-66
- eLIBRARY ID
- 73162530
It is well known that the synthesis of various kinds of thin films, both organic and inorganic materials, can result in the formation of polycrystalline spherulitic structures. Crystallization of spherulites can oc-cur both from solutions and from a solid amorphous phase or during recrystallization of one or another phase (Kooi et al. 2004; Shtukenberg et al. 2012; 2014). The formation of thin-film spherulitic structures occurs through the nucleation and growth of islands close in shape to ideal disks.
The growth of spherulites is accompanied by the formation (branching) of low-angle fibrils (Shtukenberg et al. 2012). The forms in which spherulite structures occur are very diverse, to the point that in one compound, the microstructure of the spherulites can change radically when the synthesis temperature changes.
Among the most common and still the least studied spherulitic forms is the radial microstructure. Such formations, in particular, have been discovered and studied in semiconductors and various
Список литературы
- Alkoy, E. M, Alkoy, S., Shiosaki, T. (2007) The effect of crystallographic orientation and solution aging on the electrical properties of sol-gel derived Pb(Zr0.45Ti0.55)O3 thin films. Ceramics International, 33 (8), 1455–1462. https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2006.06.010 (In English)
- Balke, N., Bdikin, I., Kalinin, S. V., Kholkin, A. L. (2009) Electromechanical imaging and spectroscopy of ferroelectric and piezoelectric materials: State of the art and prospects for the future. Journal of the American Ceramic Society, 92 (8), 1629–1647. https://doi.org/10.1111/j.1551-2916.2009.03240.x (In English)
- Cox, D. E., Noheda, B., Shirane, G. (2005) Low-temperature phases in PbZr0.52Ti0.48O3: A neutron powder diffraction study. Physical Review B, 71 (13), article 134110. https://doi.org/10.1103/PhysRevB.71.134110 (In English)
- Izyumskaya, N., Alivov, Y.-I., Cho, S.-J. et al. (2007) Processing, structure, properties, and applications of PZT thin films. Critical Reviews in Solid State and Materials Sciences, 32 (3–4), 111–202. https://doi.org/10.1080/10408430701707347 (In English)
- Kiselev, D. A., Staritsyn, M. V., Senkevich, S. V. et al. (2023) Radially oriented lateral self-polarization in spherulitic lead zirconate titanate thin films. Technical Physics Letters, 49 (11), 45–47. (In English)
- Kolosov, V. Yu., Tholen, A. R. (2000) Transmission electron microscopy studies of the specific structure of crystals formed by phase transition in iron oxide amorphous films. Acta Materialia, 48 (8), 1829–1840. https://doi.org/10.1016/S1359-6454(99)00471-1 (In English)
- Kolosov, V. Yu., Veretennikov, L. M., Startseva, Yu. B., Schvamm, C. L. (2005) Electron microscopy study of a chalcogenide-based polycrystalline condensate microstructure: The effect of composition and thickness on internal lattice bending. Semiconductors, 39 (8), 955–959. https://doi.org/10.1134/1.2010692 (In English)
- Kooi, B. J., De Hosson, J. Th. M. (2004) On the crystallization of thin films composed of Sb3.6Te with Ge for rewritable data storage. Journal of Applied Physics, 95 (9), 4714–4721. https://doi.org/10.1063/1.1690112 (In English)
- Lutjes, N. R., Zhou, S., Antoja-Lleonart, J. et al. (2021) Spherulitic and rotational crystal growth of Quartz thin films. Scientific Reports, 11 (1), article 14888. https://doi.org/10.1038/s41598-021-94147-y (In English)
- Musterman, E. J., Dierolf, V., Jain, H. (2022) Curved lattices of crystals formed in glass. International Journal of Applied Glass Science, 13 (3), 402–419. https://doi.org/10.1111/ijag.16574 (In English)
- Pronin, I. P., Kaptelov, E. Yu., Gol’tsev, A. V., Afanasjev, V. P. (2003) The effect of stresses on self-polarization of thin ferroelectric films. Physics of the Solid State, 45 (9), 1768–1773. https://doi.org/10.1134/1.1611249 (In English)
- Pronin, V. P., Dolgintsev, D. M., Osipov, V. V. et al. (2018) The change in the phase state of thin PZT layers in the region of the morphotropic phase boundary obtained by the RF magnetron sputtering with varying targetsubstrate distance. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, 387, article 012063. https://doi.org/10.1088/1757-899X/387/1/012063 (In English)
- Pronin, V. P., Senkevich, S. V., Elshin, A. S. et al. (2023) Spherulitic microstructure of thin PZT films. Physics of Complex Systems, 4 (2), 81–87. https://doi.org/10.33910/2687-153X-2023-4-2-81-87 (In English)
- Shtukenberg, A. G., Punin, Yu. O., Gujra,l A., Kahr, B. (2014) Growth actuated bending and twisting of single crystals. Angewandte Chemie International Edition, 53 (3), 672–699. https://doi.org/10.1002/anie.201301223 (In English)
- Shtukenberg, A. G., Punin, Yu. O., Gunn, E., Kahr, B. (2012) Spherulites. Chemical Reviews, 112 (3), 1805–1838. https://doi.org/10.1021/cr200297f (In English)
- Song, L., Glinsek, S., Defay, E. (2021) Toward low-temperature processing of lead zirconate titanate thin films: Advances, strategies, and applications. Applied Physics Reviews, 8 (4), article 041315. https://doi.org/10.1063/5.0054004 (In English)
- Spierings, G. A. C. M., van Zon, J. B. A., Larsen, P. K., Klee, M. (1993) Influence of platinum-based electrodes on the microstructure of sol - gel and MOD prepared lead zirconate titanate films. Integrated Ferroelectrics, 3 (3), 283–292. https://doi.org/10.1080/10584589308216719 (In English)
- Staritsyn, M. V., Fedoseev, M. L., Kiselev, D. A. et al. (2023a) Ferroelectric properties of lead zirconate titanate thin films obtained by RF magnetron sputtering near the morphotropic phase boundary. Physics of the Solid State, 65 (2), 290–295. https://doi.org/10.21883/PSS.2023.02.55414.531 (In English)
- Staritsyn, M. V., Pronin, V. P., Khinich, I. I. et al. (2023b) Microstructure of spherulitic lead zirconate titanate thin films. Physics of the Solid State, 65 (8), 1312–1318. https://doi.org/10.61011/PSS.2023.08.56577.140 (In English)
- Zhigalina, O. M., Khmelenin, D. N., Valieva, Yu. A. et al. (2018) Structural features of PLZT films. Crystallography Reports, 63 (4), 646–655. https://doi.org/10.1134/S1063774518040314 (In English)
Выпуск
Другие статьи выпуска
This book is the result of the joint efforts of four Serbian scientists — recognized experts in theo-retical physics, meteorology, and applied and pure mathematics. During the years of research, they were deeply involved in the study of complex systems in diverse contexts. The inspiration for the book was found in the problems that the authors encountered in teaching and research.
Молекулярные кристаллы халькогенидов обнаруживают широкий спектр изменений химических и физических свойств под действием света с энергией, превышающей ширину запрещенной зоны. Большинство этих свойств определяются электронной структурой. Однако по электронной структуре As4Se4 имеется лишь несколько теоретических статей по молекуле и всего только две - по кристаллу As4Se4. В настоящей работе впервые были сопоставлены геометрическая и электронная структура кристалла As4Se4 и молекулы As4Se4, рассчитанные в рамках периодической модели методом DFT в одних и тех же приближениях. При этом были рассчитаны равновесные длины связей и валентные углы вместе с разностными электронными плотностями, зарядами Малликена, Лёвдина и Бадера, а также Малликеновскими заселенностями перекрывания, и проведён сравнительный анализ характера химической связи в кристалле As4Se4 и молекуле As4Se4. Выполненные DFT расчеты зонной структуры показали, что кристалл As4Se4 является непрямозонным полупроводником.
В статье рассматривается гравитационный коллапс в метрике Вайдья, полученной с помощью гравитационного расщепления. Мы исследуем вопрос о том, влияет ли первичный волос на конечный результат гравитационного коллапса. Мы доказали, что константа связи ока- зывает влияние на формирование голой сингулярности. Мы также исследовали вопрос о силе центральной сингулярности и доказали, что она является гравитационно-сильной. Тем не менее приведенная модель не нарушает космический принцип цензуры, поскольку при формировании голой сингулярности нарушаются слабые энергетические условия.
Строгий метод токов вероятностей в рамках квантовой теории столкновений протестирован на примере моделей Талли для однократного прохождения областей неадиабатичности во время атомных столкновений. Расчеты проведены в диабатическом представлении путем численного интегрирования системы связанных уравнений для ядерных радиальных волновых функций. Результаты точных квантовых расчетов сравниваются с оценками модели Ландау-Зинера для тех же электронных структур. Показано, что метод токов вероятностей является эффективным средством исследования неупругих процессов в атомных столкновениях.
Исходя из недавнего предположения о том, что цитоплазма бактерий схожа по свойству со стеклообразующими жидкостями, нами предложено новое отношение зависимости скорости роста бактерий от температуры: k = k0exp[-Ea/kB(T-Tc)] для диапазона низких температур, где k0 - постоянная, Ea - энергия активации (eV), kB - постоянная Больцмана, T - абсолютная температура (K), а Tc - характеристическая температура (замерзания) (K), по аналогии с зависящей от температуры текучестью (обратная вязкости величина), наблюдаемой в стеклообразующих жидкостях неорганических материалов. Данное монотонное поведение бактериального роста прерывается при более высоких температурах, т. е. k резко снижается вместе с T, что может быть связано с резким ростом физиологической концентрации цитоплазмы при превышении критической температуры Tm. Наблюдение касательно температурной зависимости скорости бактериального роста аналогично наблюдению в отношении стеклообразующих жидкостей в неживых неорганических материалах.
Изучены процессы диэлектрической релаксации растворов додецилсульфата натрия (ДСН) в диапазоне концентраций в бинарном водно-этанольном растворителе при различных концентрациях спирта. Показано, что этанол в концентрациях ниже 40% не препятствует мицеллообразованию ДСН, а при более высоком содержании этанола мицеллы ПАВ не образуются. Тем не менее данные ЯМР показывают наличие в растворах с высокой концентрацией спирта малых ассоциатов, скорее всего димеров ДСН, свойства и подвижность которых зависят от состава водно-этанольной среды. Обсуждены трансформации структуры и размеров комплексов при изменении содержания этанола в растворе.
Статистика статьи
Статистика просмотров за 2025 - 2026 год.
Издательство
- Издательство
- РГПУ им. А. И. Герцена
- Регион
- Россия, Санкт-Петербург
- Почтовый адрес
- 191186, Санкт-Петербург, набережная реки Мойки 48
- Юр. адрес
- 191186, Санкт-Петербург, набережная реки Мойки 48
- ФИО
- Тарасов Сергей Валентинович (ректор)
- E-mail адрес
- mail@herzen.spb.ru
- Контактный телефон
- +7 (812) 3124477