Fyzikální ústav Akademie věd ČR

FZÚ v médiích

Středisko společných činností Akademie věd ČR, 17.7.2016.

...

TYDEN.CZ, 17.6.2016.

Uznávaný astrofyzik Jiří Grygar dostal...

Feroelektrické a piezoelektrické materiály

Zabýváme se výzkumem materiálů, jejichž krystalová mřížka má narušenou symetrii vůči prostorové inverzi. Mezi tyto materiály patří zejména piezoelektrika, feroelektrika, antiferoelektrika, relaxační a nesouměřitelná dielektrika, ať už jsou ve formě krystalů, keramik, vrstev nebo složitějších nanostruktur. Skupina se věnuje především rozvíjení metod přípravy materiálů a charakterizaci strukturních fázových přechodů, např. pomocí kalorimetrických měření, strukturní analýzy, nelineárních optických metod a také teoretickým popisem a modelováním jejich fyzikálních vlastností.

(Více o této skupině)

Výzkumné aktivity

  • příprava nových keramických materiálů, např. EuTiO3
  • pěstování krystalů, např. piezoelektrického KIO3
  • technologie "měkké chemie", např. vyplňování nanoporézních materiálů feroelektriky
  • určování a termodynamická a strukturní charakterizace nových fázových přechodů
  • tvorba krystalografických databází
  • zkoumání feroelektrických heterostruktur
  • teorie efektivního prostředí pro dielektrické a piezoelektrické vlastnosti
  • teoretický výzkum feroelektrických fázových přechodů
  • výzkum doménových stěn a doménových struktur (feroelektrické domény)

Technické vybavení

  • Diferenční skenovací kalorimetry Perkin-Elmer DSC 7 a Pyris Diamond -180°C – +725°C
    (kontakt: P. Vaněk, ext. 2909, místnost 149)
  • Aparatura pro měření generace druhé harmonické, pulsní laser Nd:YAG, teplotní rozsah 5-800 K
    (kontakt: J. Kroupa, ext. 2655, místnost 53)
  • Planetový kulový mikromlýn Fritsch Pulverisette 7
    (kontakt: P. Vaněk, ext. 2909, místnost 122)
  • Iontová naprašovačka Bal-Tec SCD 050
    (kontact: P. Vaněk, ext. 2909, místnost 122)
  • Muflová pec Linn High Therm, do 1200°C
    (kontakt: P. Vaněk, ext. 2909, místnost 122)

Vybrané nedávné výsledky

Dielektrická odezva fázového přechodu v doménové stěně

Pomocí počítačových simulacích založených na Ginzburg-Landau-Devonshirově teorii jsme detailně studovali vlastnosti fázového přechodu mezi Isingovským a Blochovským typem doménové stěny. Tento přechod byl předpovězen pro 180-ti stupňovou doménovou stěnu v rombohedrální fázi BaTiO3 v blízkosti tlaku 2GPa [V. Stepkova a kol., J. Phys.: Condens. Matter 24, 212201 (2012)]. Potvrzujeme doměnku, že se jedná o fázový přechod druhého řádu a předpovídáme tomu odpovídající divergentní nárůst permitivity v jeho blízkosti. V případě hustě uspořádaných doménových stěn může jít o podstatný příspěvek do dielektrické odezvy materiálu. Výsledky byly publikovány v [P. Marton a kol., Phase Transitions (2012)].

Závislost dielektrické permitivity na aplikovaném mechanickém tlaku v blízkosti bodu, ve kterém se charakter stěny mění z Isingovského (větší stlačení) na Blochovský.

Fázový přechod mezi Blochovskou a Isingovskou 180-ti stupňovou doménovou stěnou.


Syntéza nanokrystalického prášku LaNiO3

LaNiO3 je oxid s perovskitovou strukturou a kovovou elektrickou vodivostí. Aglomerovaný nanokrystalický prášek LaNiO3 byl připraven metodou sol-gel z vodných roztoků dusičnanů s přidáním kyseliny jablečné. (více...)


Mechanochemická aktivace pro syntézu v pevné fázi

Mechanochemická aktivace (intenzivní ultrajemné mletí) v planetárním kulovém mlýnku zavádí deformační energii do složek a zahajuje jejich reakci v pevné fázi. Následující kalcinace (syntéza v pevné fázi při zvýšené teplotě) je snadnější, obvykle je potřeba pouze jeden kalcinační krok, teplota zpracování může být snížena a výsledný produkt je homogennější. Touto technikou byly připraveny např. multiferroické oxidy EuTiO3 a (Eu0.5Ba0.5)TiO3. (více...)


Piezoelektrická odezva perovskitových ferroelektrik s hustou doménovou strukturou

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...)

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.

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.


Copyright © 2008-2014, Fyzikální ústav AV ČR, v. v. i.