Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов. Основан в 2009 году

Диэлектрические свойства тонких пленок антисегнетоэлектрика Pt/0,91NaNbO3-0,09SrZrO3/SrRuO3/MgO(001)

Д.С. Павленко1, А.Л. Буланова1, А.В. Павленко2

1 ФГАОУ ВО «Южный федеральный университет»
2 ФГБУН «Федеральный исследовательский центр Южный научный центр РАН»

DOI: 10.26456/pcascnn/2026.18.XXX

Оригинальная статья

Аннотация: В работе с использованием метода высокочастотного катодного распыления в атмосфере O2 на подложке SrRuO3/MgO(001) были выращены наноразмерные тонкие плёнки 0,91NaNbO3—0,09SrZrO3 (NZNO-0,09). Комплексными методами рентгеноструктурного анализа и диэлектрической спектроскопии, в совокупности с измерениями петель диэлектрического гистерезиса проведено исследование их кристаллической структуры, диэлектрического отклика и поляризационных характеристик. Установлено, что полученные пленки являются однофазными, беспримесными и при комнатной температуре находятся в антисегнетоэлектрической фазе, при этом в отличии от керамик соответствующего состава по характеру температурно-частотного изменения относительной диэлектрической проницаемости e и тангенса угла диэлектрических потерь tg δ являются релаксорами. При анализе дисперсии e и tg δ в интервале температур T = 305-460 К и частот f = 0,2-500 кГц выявлено наличие вклада в регистрируемый диэлектрический отклик от двух релаксационных процессов, связанных с разными механизмами поляризации. Предложена модель для описания полученных спектров. В работе обсуждаются причины выявленных закономерностей в формировании диэлектрических характеристик, их связь с наноструктурой образца, а также высокая энергоэффективность пленок NZNO-0,09. Полученные результаты имеют важность для понимания закономерностей формирования свойств в антисегнетоэлектрических наноразмерных пленках и их применения в современной функциональной электронике.

Ключевые слова: антисегнетоэлектрик, диэлектрические характеристики, наноразмерные пленки, поляризация, метод высокочастотного катодного распыления

  • Павленко Данил Сергеевич – магистр 1 курса, Научно-исследовательский институт, ФГАОУ ВО «Южный федеральный университет»
  • Буланова Анна Леонидовна – старший преподаватель, кафедра общей физики, ФГАОУ ВО «Южный федеральный университет»
  • Павленко Анатолий Владимирович – д.ф.-м.н., заведующий отделом физики, химии, информатики, ФГБУН «Федеральный исследовательский центр Южный научный центр РАН»

Ссылка для цитирования:

Павленко, Д.С. Диэлектрические свойства тонких пленок антисегнетоэлектрика Pt/0,91NaNbO3-0,09SrZrO3/SrRuO3/MgO(001) / Д.С. Павленко, А.Л. Буланова, А.В. Павленко // Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов. - 2026. - Вып. 18. - С. __-__. DOI: 10.26456/pcascnn/2026.18.XXX. ⎘

Полный текст: загрузить PDF файл

Библиографический список:

1. Lui, Z. Antiferroelectrics for energy storage applications: a review / Z. Lui, T. Lu, J. Ye et al. // Advanced Materials Technologies. – 2018. – V. 3. – I. 9. – Art. №. 1800111. – 21 p. DOI: 10.1002/admt.201800111.
2. Setter, N. Ferroelectric thin films: review of materials, properties, and applications / N. Setter, D. Damjanovic, L. Eng et al. // Journal of Applied Physics. – 2006. – V. 100. – I. 5. – P. 051606-1-051606-46. DOI: 10.1063/1.2336999.
3. Смирнова, Е.П. Эволюция фазовых переходов и эффект сохранения энергии в твёрдых растворах SrTiO3−PbZrO3 / Е.П. Смирнова, Р.С. Пассет, Г.Ю. Сотникова и др. // Физика твердого тела. – 2023.
– Т. 65. – Вып. 5. – С. 862-866. DOI: 10.21883/FTT.2023.05.55506.30.
4. Вахрушев, С.Б. Антиферродисторсионная мягкая мода в кристалле PbZr0.024Ti0.976O3 / С.Б. Вахрушев, Ю.А. Бронвальд, К.А. Петрухно и др. // Физика твердого тела. – 2021. – Т. 63. – Вып. 10. – P. 1553-1559. DOI: 10.21883/FTT.2021.10.51405.113.
5. Ueda, R. X-ray study on phase transition of lead zirconate, PbZrO3 / R. Ueda, G. Shirane // Journal of the Physical Society of Japan. – 1951. – V. 6. – I. 3. – P. 209-210. DOI: 10.1143/jpsj.6.209.
6. Htet, C.S. Atomic structural mechanism for ferroelectric-antiferroelectric transformation in perovskite NaNbO3 / C.S. Htet, S. Nayak, A. Manjón-Sanz et al. // Physical Review B. – 2022. – V. 105. – I. 17.
– P. 174113-1-174113-13. DOI: 10.1103/PhysRevB.105.174113.
7. Guo, H. Strategy for stabilization of the antiferroelectric phase (Pbma) over the metastable ferroelectric phase (P21ma) to establish double loop hysteresis in lead-free (1−x)NaNbO3−xSrZrO3 solid solution / H. Guo, H. Shimizu, Y. Mizuno, C.A. Randall // Journal of Applied Physics. – 2015. – V. 117. – I. 21. – P. 214103-1-214103-6. DOI: 10.1063/1.4921876.
8. Юзюк, Ю.И. Влияние механизма роста и термоупругих напряжений на динамику кристаллической решетки гетероэпитаксиальных пленок титаната бария–стронция / Ю.И. Юзюк, И.Н. Захарченко, В.А. Алёшин и др. // Физика твердого тела. – 2007. – Т. 49. – Вып. 9 – С. 1676-1682.
9. Павленко, А.В. Наноразмерные пленки ниобата бария-стронция: особенности получения в плазме высокочастотного разряда, структура и физические свойства / А.В. Павленко, С.П. Зинченко, Д.В. Стрюков, А.П. Ковтун. – Ростов-на-Дону: ЮНЦ РАН, 2022. – 242 с.
10. Богатин, А.С. Процессы релаксационной поляризации в диэлектриках с большой сквозной электропроводностью / А.С. Богатин, А.В. Турик. – Ростов-на-Дону: Изд-во «Феникс», 2013. – 256 с.
11. Ma, C. Phase diagram of unpoled lead-free (1−x)(Bi1/2Na1/2) TiO3–xBaTiO3 ceramics / C. Ma, X. Tan // Solid State Communications – 2010. – V. 150. – I. 33-34. – P. 1497-1500. DOI: 10.1016/j.ssc.2010.06.006
12. Nguyen, M.D. Effect of substrate and electrode on the crystalline structure and energy storage performance of antiferroelectric PbZrO3 films / M.D. Nguyen // Thin Solid Films. – 2021. – V. 717. – Art. № 138441. – 33 p. DOI: 10.1016/j.tsf.2020.138441.

Содержание |