В рамках феноменологической модели многослойной структуры, построенной из чередующихся тонких пленок из сегнетоэлектрика и параэлектрика, исследованы размерные эффекты в действительной и мнимой частях динамической диэлектрической восприимчивости. Показано, что частотные зависимости линейного диэлектрического отклика хорошо аппроксимируются формулой типа демпфированного осциллятора, в которой статическая восприимчивость, время релаксации и частота мягкой моды зависят от толщины слоев и температуры. Статическая восприимчивость и время релаксации становятся аномально большими при критических толщине и температуре, соответствующих наведенному толщиной сегнетоэлектрическому фазовому переходу, и уменьшаются при увеличении толщины слоев. Предсказано существование спектров собственных колебаний поляризации, частоты которых зависят от толщины. Среди этих колебаний имеется мягкая мода, частота которой обращается в нуль как при критической толщине, так и при критической температуре. Показано, что все эти частоты лежат ниже частоты мягкой моды толстой пленки, в которой градиентом поляризации можно пренебречь. Проведено сравнение теории с результатами измерений дисперсии диэлектрического отклика в многослойной структуре PbTiO3--Pb0.72La0.28TiO3. Показано, что теория достаточно хорошо описывает эксперимент.
S.L. Swartz, V.E. Wood. Cond. Matter News 1, 5, 4 (1992)
H. Tabata, T. Kawai. Appl. Phys. Lett. 70, 321 (1997)
E.D. Specht, H.-M. Christen, D.P. Norton, L.A. Boatner. Phys. Rev. Lett. 80, 19, 4317 (1998)
J.C. Jiang, X.Q. Pan, W. Tian, C.D. Theis, D. Schlom. Appl. Phys. Lett. 74, 2851 (1999)
F. Le Marrec, R. Farhi, M.El. Marssi, J.L. Dellis, M.G. Karkut, D. Ariosa. Phys. Rev. B61, R6447 (2000)
Y. Kim, R.A. Gerhardt, A. Erbil. Phys. Rev. B55, 14, 8766 (1997)
M.D. Glinchuk, E.A. Eliseev, V.A. Stephanovich, M.G. Karkut, R. Farhi. Cond-mat/0004258
Y. Ishibashi, H. Orihara, D.R. Tilley. J. Phys. Soc. Jap. 67, 9, 3292 (1998)
D.O. Neill, R.M. Bowman, J.M. Gregg. Appl. Phys. Lett. 77, 10, 1520 (2000)
N.A. Pertsev, A.G. Zembrilgotov, A.K. Tagantsev. Phys. Rev. Lett. 80, 9, 1988 (1998)
B.D. Qu, W.L. Zhong, R.H. Prince. Phys. Rev. B55, 17, 11 218 (1997)
В.Г. Вакс. Введение в микроскопическую теорию сегнетоэлектриков. Наука, М. (1973)
A. Deineka, M.D. Glinchuk, L. Jastrabik, G. Suchaneck, G. Gerlach. Phys. Stat. Sol. (a) 175, 443 (1999)
И.С. Градштейн, И.М. Рыжик. Таблицы интегралов, сумм, рядов и произведений. Физматгиз, М. (1963). 1100 с
Г. Бейтмен, А. Эрдейи. Высшие трансцендентные функции. Наука, М. (1967). Т. 3. 296 с
Р.В. Хемминг. Численные методы для научных работников и инженеров. Наука, М. (1968). 400 с
M.D. Glinchuk, E.A. Eliseev, V.A. Stephanovich. Cond-mat/0103083
© 2017 Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе Российской академии наук