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铁电薄膜铁电性能的表征实验报告_南京大学

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我们大致可以猜想剩余极化Pr和矫顽场Ec随所加电压有一定的正相关关系。下面利用软件,从图像中读出Pr+,Pr-,Ec+,Ec-,以及饱和极化强度Ps。

饱和极化强度Ps的确定,是从电滞回线的饱和区域引入切线,其和垂直轴的交点作为饱和极化强度的数值。

分别读出图上的这五个数值(表中Pr-和Ec-均为绝对值)。 Vmax 1200 Ps Pr+ Pr- Pr Ec+ Ec- Ec Vmax Ps Pr+ Pr- Pr Ec+ Ec- Ec 84.15 68.95 67.74 197 109.7 1225 1250 1275 1300 1325 1350 85.87 69.63 68.99 69.31 202.8 121.5 162.15 1550 88.12 69.34 70.1 203.4 114.9 1375 85.59 69.27 68.43 68.85 205.1 117.3 161.2 84.27 85.07 84.64 85.55 85.65 68.35 67.94 68.29 68.33 68.36 67.53 68.76 68.21 68.75 68.9 191.3 195.3 198.7 199.8 192.6 116.1 109.7 113.9 111.6 109.1 1425 86.45 69.29 69.4 202.9 115.3 159.1 1450 1475 1500 87.32 69.97 69.45 198.7 118.8 68.345 67.94 68.35 68.25 68.54 68.63 153.35 153.7 152.5 156.3 155.7 150.85 1400 86.41 69.3 68.87 199.2 117.4 158.3 87.06 87.06 68.29 69.65 68.21 69.2 198.7 203.1 113.9 115.7 156.3 159.4 1525 87.26 69.51 69.9 203.1 115.5 69.085 69.345 68.25 69.425 69.71 69.705 69.72 158.75 159.3 159.15 其中,Pr=(Pr++ Pr-)/2和Ec=(Ec+ + Ec-)/2

Ps,Pr,Ec随Vmax的变化关系如下图

分析: Ps,Pr,Ec随Vmax增大而增大,实验数据所给出的结果与事实符合。因为所加电压的增大,样品内磁矩受到场的影响有序排列的程度就越高,这样,极化强度就随之增大。同样,使样品退磁化的矫顽场也随之增大。

Pr+与Pr-并不相同,同时Ec+与Ec-也不相同。这是因为样品并不完全对称的,经过电压变化的一个周期,样品由于内部响应的问题和本身性质的问题,不可能出现完全对称的标准电滞回线。

极化强度的变化并没有矫顽场的变化明显,所以在研究物质的电、磁性质的时候,应该选择Ec作为参考量。

实验发现Ec+始终大于Ec-,在查阅资料后发现,这是由于交换偏置现象。通常情况下,铁磁薄膜的磁滞回线以原点为对称中心,若体系中引入反铁磁层,当温度降到一定时,体系的磁滞回线将产生一个偏移量,其矫顽力Hc相应增大,此即交换偏置效应,如图11所示。猜想对电滞回线,也有同样的效应。

图11

四、思考题与讨论

1.试比较铁电体与铁磁体的同异。 相同之处:

1)电滞回线与磁滞回线相对应,电畴与磁畴有很大类似性。都可以用来做记忆材料。 2)顺电-铁电相变对应顺磁-铁磁相变,它们都有居里温度的概念,并在顺电(顺磁)的情况下满足居里-外斯定理. 不同之处:

1)铁电畴壁的厚度很薄。大约是几个晶格常数的量级,但铁磁畴壁则很厚,可达到几百个晶格常数的量级(例如对Fe,磁畴壁厚约1000a ),而且在磁畴壁中自发磁化方向可逐步改变方向,而铁电体则不可能。

2)铁电体在外电场作用下,自发极化的方向也只能在某几个方向中变化。但是铁磁体在足够强的外磁场作用下能够完全转到外场方向,而不论外场相对于晶轴的角度如何 2.什么是铁电体?试举例说明你所知道的应用。 答:铁电体的特征是在一定的温度范围内具有自发极化,且自发极化可以因外电场的反向而反向。应用:制备铁电记忆存储器

3.铁电薄膜为什么能用作数据存储器,其优点何在?

答:铁电记忆存储器是利用铁电体具有的电滞回线的性质。若原来加的正场,当外场变为零的时候,铁电体上为正的剩余极化(+Pr),若是从负场变到零,则剩余极化为负(-Pr)。利

用无外场时存在的两个稳定极化+Pr,作为计算机编码0(+Pr)和1(-Pr)。铁电存储器尺寸小、抗辐射、存储读取速度高且功耗低,容易与硅工艺相容。由于其以薄膜形式工作,可以在很低电压下工作,很有实用价值。 4.铁电薄膜表征中,主要用哪些参数?

答:剩余极化Pr、饱和自发极化Ps、矫顽场Ec和居里温度Tc等。

铁电薄膜铁电性能的表征实验报告_南京大学

我们大致可以猜想剩余极化Pr和矫顽场Ec随所加电压有一定的正相关关系。下面利用软件,从图像中读出Pr+,Pr-,Ec+,Ec-,以及饱和极化强度Ps。饱和极化强度Ps的确定,是从电滞回线的饱和区域引入切线,其和垂直轴的交点作为饱和极化强度的数值。分别读出图上的这五个数值(表中Pr-和Ec-均为绝对值)。Vmax1200PsPr+Pr-
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