鐵電材料宏觀化強度的翻轉(zhuǎn),本質(zhì)上是內(nèi)部局域電疇反轉(zhuǎn)后擴散生長的結(jié)果。所謂電疇,就是鐵電體中,晶胞自發(fā)形成的電偶矩排列方向致的小區(qū)域。由于材料宏觀上需要保持靜電平衡以使結(jié)構(gòu)能量低達到穩(wěn)定狀態(tài),所以自然界很少有單疇鐵電體。每塊鐵電材料中都有大大小小不同化朝向的電疇交織在起。而電疇的形狀、大小、電疇之間的化夾角,又和具體材料的晶格結(jié)構(gòu)和化取向有關(guān)。如:在四方相的 batio3 單晶中,相鄰電疇的自發(fā)化強度取向之間的夾角只允許存在 90°和 180°;而在菱方相 bfo 中,相鄰電疇的化夾角則有 71°、109° 和 180°。 以 bfo 的電疇結(jié)構(gòu)為例:圖 1.6(a)為菱方結(jié)構(gòu) bfo 可能存在的八個電化方向矢量,以及相對應(yīng)的四種鐵彈結(jié)構(gòu)變體 r1、r2、r3、r4。圖 1.6(b)和圖1.6(c)為 bfo 沿(100)方向生長的薄膜材料中長見的兩種疇壁排列方式 71°疇和109° 疇。其中 71°疇面外方向全部指向上方,面內(nèi)方向來回呈“之”字形;而 109° 疇面外方向上下交替反平行,面內(nèi)方向同樣呈“之”字形。具體會形成那哪種疇結(jié)構(gòu),還與薄膜材料襯底有關(guān)。般來說,導(dǎo)電性襯底傾向于形成 71°疇,如圖 1.6(d),導(dǎo)電性襯底與 bfo 的界面有足夠的電荷來屏蔽由于化而產(chǎn) 生的單性化束縛電荷;而對于 109° 疇,由于界面處有電荷符號相反的化束縛電荷,可以在交界處形成閉合電場,不需要太多自由電荷,因而更傾向于在導(dǎo)電性不好的襯底上形成。此外,在(100)方向生長的 bfo 薄膜材料中 180°疇結(jié)構(gòu)相對于另外兩種疇結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定,不易出現(xiàn)。這種疇結(jié)構(gòu)主要會出現(xiàn)在(111)方向生長的 bfo 薄膜中。
bifeo3 薄膜材料化方向除了受襯底導(dǎo)電性影響,還與材料與襯底的界面有關(guān)。如圖(1.7)的示意圖所示,相同條件生長在 la0.7sr0.3mno3/srtio3 襯底上的bfo薄膜,其鐵電方向在bio界面終止層的情況下鐵電化指向界面外方向,而在 la0.7sr0.3o 界面終止層的情況下化指向界面。其主要原因是,不同界面終止層的原子電負(fù)性不樣,相對于體內(nèi)所顯的電勢差也因此不同。鐵電的化會在內(nèi)部形成個和化方向相反的退化電場,這個電場的方向傾向于抵消由界面電負(fù)性所帶來的電勢差。所以界面到體內(nèi)不同的電勢差,需要不同方向的退化電場,也就需要鐵電化的方向不同。