Исследования сегнетоэлектрической доменной структуры монокристаллов ортованадата кальция тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 00.00.00, кандидат наук Южаков Владимир Валерьевич

• Южаков Владимир Валерьевич
• кандидат наук
• 2025

Оглавление диссертации кандидат наук Южаков Владимир Валерьевич

Оглавление

Введение

Глава 1. Литературный обзор

1.1. Сегнетоэлектрики. Основные свойства и применения

1.2. Форма доменов в одноосных сегнетоэлектриках

1.3. Нейтральные и заряженные доменные стенки

1.4. Эволюция доменной структуры при переключении поляризации

1.5. Формирование исходной доменной структуры при фазовом переходе и последующем охлаждении

1.5.1. В кристалле с неоднородностью состава (слои роста)

1.5.2. Изменение доменной структуры при охлаждении под действием пироэлектрического поля

1.6. Рост доменов из объема в ЬТ

1.7. Исследование заряженных доменных стенок методами зондовой микроскопии и перспективы их применения

1.8. Эволюция доменной структуры при импульсном облучении в дальнем ИК диапазоне наносекундным лазером

1.9. Эволюция доменной структуры при импульсном облучении в ближнем ИК диапазоне фемтосекундным лазером

1.10. Методы визуализации доменной структуры

1.10.1. Оптическая микроскопия

1.10.2. Сканирующая зондовая микроскопия

1.10.3. Силовая микроскопия пьезоэлектрического отклика

1.11. Создание регулярных доменных структур

1.12. Основные свойства и доменная структура ортованадата кальция

1.13. Краткие выводы

Глава 2. Исследуемые образцы, экспериментальные установки и методики

2.1. Исследуемые образцы

2.2. Нанесение электродов

2.3. Экспериментальные методики

2.3.1. Оптическая визуализация доменной структуры

2.3.2. Конфокальная микроскопия комбинационного рассеяния света

2.3.3. Визуализация доменной структуры на полярной поверхности

2.3.4. Микроскопия генерации второй гармоники

2.3.5. Измерения объёмной проводимости

2.3.6. Переключение поляризации при повышенных температурах

2.3.7. Переключение поляризации в результате импульсного облучения

2.4. Краткие выводы

Глава 3. Исследование исходной доменной структуры в номинально чистых и легированных монокристаллах CVO

3.1. Температурная зависимость объемной проводимости

3.2. Доменная структура на полярных поверхностях

3.3. Доменная структура в объёме кристалла

3.4. Краткие выводы

Глава 4. Исследование кинетики доменной структуры в монокристаллах номинально чистого ортованадата кальция в результате импульсного лазерного облучения

4.1. Импульсное облучение в дальнем инфракрасном диапазоне

4.1.1. Образование двойников и разрушение поверхности

4.1.2. Изменения доменной структуры

4.2. Импульсное облучение в ближнем инфракрасном диапазоне

4.3. Краткие выводы

Глава 5. Исследование кинетики доменной структуры в монокристаллах номинально чистого ортованадата кальция при переключении поляризации в однородном электрическом поле при повышенной температуре

5.1. Кинетика доменной структуры при приложении знакопеременного электрического поля

5.2. Кинетика доменной структуры при переключении одиночным импульсом

5.3. Кинетика доменной структуры при переключении серией импульсов

5.4. Краткие выводы

Глава 6. Исследование кинетики доменной структуры в отожжённых монокристаллах номинально чистого ортованадата кальция при переключении поляризации в однородном электрическом поле при повышенной температуре

6.1. Исходная доменная структура после отжига

6.2. Кинетика доменной структуры при переключении серией длительных импульсов

6.3. Краткие выводы

Заключение

Список условных обозначений и сокращений

Список использованных источников

Список публикаций по теме диссертации

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Исследования сегнетоэлектрической доменной структуры монокристаллов ортованадата кальция»

Введение

Актуальность темы исследования и степень её разработанности.

Сегнетоэлектриками называют диэлектрические материалы, в которых направление спонтанной поляризации может быть переориентировано под действием внешнего электрического поля. Переключение поляризации происходит благодаря образованию доменов и движению доменных стенок, что приводит к эволюции доменной структуры. В зависимости от их ориентации доменные стенки классифицируют на нейтральные и заряженные [1].

Несмотря на энергетическую невыгодность, реальные доменные структуры часто оказываются метастабильными и содержат заряженные доменные стенки [2]. Проводимость заряженных доменных стенок может быть на несколько порядков выше, чем объемная проводимость материала [3,4]. В связи с этим ключевой задачей современной физики сегнетоэлектриков остается изучение механизмов образования и кинетики заряженных доменных стенок при переключении поляризации.

Одно из важнейших направлений исследований - создание стабильных регулярных доменных структур заданной геометрии в сегнетоэлектрических кристаллах. Этот процесс определяется двумя основными стадиями:

1. стадия возникновения доменов на поверхности кристалла;

2. стадия прямого прорастания, представляющая собой рост доменов с

заряженными стенками в полярном направлении.

Контроль над доменной структурой позволяет модулировать электрооптические и нелинейно-оптические свойства сегнетоэлектриков. В частности, создание микронных периодических структур уже применяется для разработки высокоэффективных преобразователей длины волны лазерного излучения.

В последние годы внимание исследователей привлекают монокристаллы Caз(VO4)2 (CVO) как потенциальная активная среда для лазеров ближнего ИК-диапазона (~2 мкм) [5]. Для улучшения их характеристик используется

легирование ионами Мп, Тт и Но [6-9]. Однако ключевая проблема - отсутствие надежных методов монодоменизации и создания регулярных доменных структур -остается нерешенной. Разработка таких методов открыла бы путь к созданию высокоэффективных устройств преобразования частоты лазерного излучения [10].

Сегнетоэлектрические свойства монокристаллов СУО были обнаружены Глассом и др. в 1978 г [11]. Была измерена температура сегнетоэлектрического фазового перехода Тс = 1110°С. Однако в статье было указано, что высокая объемная проводимость не позволила измерить петлю гистерезиса, поэтому величину спонтанной поляризации Рб = 68-10-2 Кл/м2 оценили только из эмпирической зависимости Рб от Тс, которая выполняется для большинства сегнетоэлектриков [11]. Удалось визуализировать исходную доменную структуру на поверхности и измерить пироэлектрический эффект. Полученные результаты позволили сделать вывод о том, что, несомненно, этот материал можно классифицировать как сегнетоэлектрик [11]. Следует отметить, что за прошедшие десятилетия никому не удавалось реализовать в СУО переключение поляризации и изменение доменной структуры в электрическом поле. Доменная структура в СУО мало изучена. Опубликованы лишь оптические изображения исходной доменной структуры в чистых и легированных кристаллах СУО, выявленные селективным химическим травлением [11-14]

Известно, что создание прецизионной регулярной доменной структуры методами доменной инженерии позволяет значительно повысить эффективность преобразования частоты в нелинейно-оптических сегнетоэлектриках [15-17]. Для этого необходимо создать исходное монодоменное состояние и научиться управлять доменной структурой приложением неоднородного электрического поля.

Цель работы - исследование исходной доменной структуры в монокристаллах сегнетоэлектрика ортованадата кальция и ее эволюции в электрическом поле и в результате воздействия импульсного лазерного излучения.

Основные задачи:

1. Исследовать исходную доменную структуру с заряженными доменными стенками, образующимися после выращивания в кристаллах CVO.

2. Исследовать изменения исходной доменной структуры СУО в результате воздействия импульса лазерного излучения дальнего инфракрасного диапазона, а также локального облучения излучением фемтосекундного лазера ближнего инфракрасного диапазона.

3. Изучить эволюцию исходной доменной структуры СУО при переключении поляризации под действием постоянного электрического поля и серий прямоугольных импульсов поля различной длительности.

4. Исследовать рост доменов при воздействии серии импульсов электрического поля в кристаллах СУО, подвергнутых гомогенизирующему отжигу.

Объекты исследования:

Исследования проводились в номинально чистых и легированных 0,1 вес.% Мп монокристаллах СУО, которые были выращены из расплава на воздухе методом Чохральского вытягиванием в направлении [100] в Институте Общей Физики Российской Академии Наук. Исследуемые образцы представляли собой вырезанные перпендикулярно полярной оси полированные пластины толщиной от 0,2 до 1,0 мм с исходной доменной структурой.

Научная новизна:

1. Впервые на примере СУО детально исследована эволюция исходной доменной структуры с заряженными доменными стенками, образующимися после выращивания в объеме одноосного сегнетоэлектрика.

2. Впервые на примере СУО с исходной доменной структурой выявлен многостадийный процесс изменения доменной структуры в объеме одноосного сегнетоэлектрика в электрическом поле: (1) рост доменов за счет бокового движения заряженных доменных стенок, (2) формирование конических выступов вблизи края доменов и (3) прорастание конических выступов до полярной поверхности.

3. Впервые обнаружен и объяснен эффект образования отверстий в электроде при выходе конических выступов на полярную поверхность и их полного обратного переключения под действием деполяризующего поля.

4. Впервые в СУО продемонстрировано формирование двойников и смещение доменных стенок в результате воздействия импульса лазерного излучения дальнего инфракрасного диапазона, поглощаемого в поверхностном слое.

5. Впервые продемонстрировано зарождение и рост доменов в объеме СУО в результате локального облучения сфокусированным излучением фемтосекундного лазера ближнего инфракрасного диапазона.

6. Показано, что гомогенизирующий отжиг СУО в богатой кальцием атмосфере приводит к значительному уменьшению пороговых полей и формированию плоских заряженных доменных стенок.

Теоретическая значимость:

Научная значимость исследования определяется тем, что впервые получены

данные об эволюции доменной структуры и росте заряженных доменных стенок в

одноосном сегнетоэлектрике ОУФ.

1. Впервые обнаруженный на примере СУО аномальный боковой рост доменов с заряженной доменной стенкой в объеме одноосного сегнетоэлектрика отнесен за счет формирования ступеней на границе домена с минимальной концентрацией связанных зарядов.

2. Обнаруженный эффект преимущественного образования выступов вблизи края движущейся заряженной доменной стенки отнесен за счёт влияния возникающего остаточного деполяризующего поля при запаздывании объемного экранирования.

3. Впервые обнаруженный эффект образования отверстий в электроде при выходе конических выступов на поверхность, приводящий к их исчезновению отнесен за счёт возникновения тока проводимости вдоль проводящей стенки выступа, который приводит к локальному разрушению электрода и полному обратному переключению под действием остаточного деполяризующего поля.

4. Проведенный анализ скачкообразного образования изолированных доменов на полярной поверхности переключения при переключении сериями импульсов в терминах скачков Баркгаузена позволил выявить персистентный характер переключения с долговременным сохранением тенденций.

5. Впервые продемонстрированное в СУО зарождение доменов в объеме в результате локального облучения сфокусированным излучением фемтосекундного лазера отнесено за счет деполяризующего поля, создаваемого связанными зарядами на границе неполярного микротрека, а их рост - за счёт пироэлектрического поля.

Практическая значимость:

Полученные закономерности формирования и эволюции доменных структур при внутриобъёмном переключении поляризации под действием внешнего электрического поля, а также при переключении поляризации без внешних электрических полей представляют значительный практический интерес для дальнейшего развития методов доменной инженерии в одноосных сегнетоэлектриках, которые используются для изготовления актюаторов и преобразователей длины волны излучения.

1. Выявленные закономерности эволюции исходной доменной структуры в номинально чистом и легированном Мп ортованадате кальция представляют собой важный шаг на пути к созданию монодоменного состояния и периодических доменных структур в СУО.

2. Обнаруженный эффект анизотропного роста доменов в объёме одноосного сегнетоэлектрика может быть использован для развития методов доменной инженерии.

3. Полученные результаты позволяют считать, что при дальнейшей оптимизации методов доменной инженерии СУО может быть использован для создания нелинейно-оптических устройств.

Положения, выносимые на защиту:

1. Исходная доменная структура в СУО состоит из доменов с гладкими

заряженными доменными стенками, стабильность которых обусловлена эффективным объемным экранированием деполяризующего поля и малой величиной возникающего при охлаждении пироэлектрического поля.

2. Эволюция доменной структуры и формирование двойниковой структуры в СУО при лазерном облучении в дальнем ИК-диапазоне, поглощаемом в поверхностном слое, обусловлены действием пироэлектрического поля и механических напряжений, возникающих в результате быстрого неоднородного нагрева и охлаждения.

3. Образование локализованных в объёме доменов, обволакивающих неполярные включения, вызванные сфокусированным в объёме фемтосекундным лазерным облучением в ближнем ИК-диапазоне, обусловлено действием деполяризующих полей, возникающих вблизи фазовых границ.

4. Аномальная кинетика доменной структуры при переключении поляризации в однородном поле, представляющая собой появление на полярной поверхности изолированных доменов, обусловлена формированием конических выступов на заряженной доменной стенке и их прорастанием к полярной поверхности.

5. Аномальный боковой рост доменов с заряженной доменной стенкой в образцах СУО, подвергнутых гомогенизирующему отжигу в богатой кальцием атмосфере, обусловлен уменьшением пороговых полей и формированием ступеней на границе домена с минимальной величиной экранирующего поля.

Методология и методы исследования.

Экспериментальные исследования доменной структуры проводились с использованием современного высокоточного аналитического оборудования. Визуализация доменов на поверхности производилась методами оптической микроскопии и силовой микроскопии пьезоэлектрического отклика (СМПО). Для визуализации доменов в объеме использовались: оптическая микроскопия, конфокальная микроскопия комбинационного рассеяния (КМКР) и микроскопия генерации второй гармоники типа Черенкова (МГВГ).

Переключение поляризации в однородном электрическом поле

производилось при повышенной температуре приложением как одиночного импульса, так и серий прямоугольных импульсов. Переключение поляризации без приложения электрического поля производилось с помощью: (1) лазерного излучения дальнего ИК-диапазона, поглощаемого в поверхностном слое, и (2) фемтосекундного лазерного излучения ближнего ИК-диапазона, сфокусированного в объеме.

Достоверность обеспечивается применением поверенных и калиброванных средств измерений, аттестованных методик измерений, надежной статистикой экспериментов, применением современных и независимых методов обработки экспериментальных данных, согласием с результатами других авторов и непротиворечивостью известным физическим моделям. Достоверность расчетов подтверждается обоснованностью допущений, а также согласованностью с экспериментальными результатами.

Апробация результатов.

Основные результаты работы были представлены на 9 российских и международных конференциях и симпозиумах: 1) Международной онлайн -конференции «Исследование сегнетоэлектрических материалов российскими учеными. Столетие открытия сегнетоэлектричества» (Екатеринбург, 2020); 2) XXII Всероссийской конференции по физике сегнетоэлектриков (ВКС-XXII, Екатеринбург, 2021); 3) XXV Международном симпозиуме «Нанофизика и наноэлектроника» (Нижний Новгород, 2021); 4) The IEEE International Symposium on Applications of Ferroelectrics, Piezoresponse Force Microscopy and European Conference on Applications of Polar Dielectrics ) (IEEE ISAF-PFM-ECARD 2022, Tours, France, 2022); 5) IV семинаре "Современные нанотехнологии" (IWMN-2022, Екатеринбург, 2022); 6) Международном семинаре «Фазовые переходы и неоднородные состояния в оксидах» (PTISO22, Казань, 2022); 7) International Conference «Materials Science and Nanotechnology» (MSN-2023, Екатеринбург, 2023); 8) XXIII Всероссийской конференции по физике сегнетоэлектриков (ВКС -XXIII, Тверь, 2023); 9) The Second International Conference «Materials Science and Nanotechnology» (MSN-2024, Екатеринбург, 2024).

Публикации и личный вклад автора.

Основные результаты опубликованы в 16 печатных работах, в том числе в 7 статьях в рецензируемых научных изданиях, определенных ВАК РФ и Аттестационным советом УрФУ и входящих в международные базы цитирования Scopus и Web of Science, а также в 9 тезисах международных и всероссийских конференций.

Диссертационная работа выполнена с использованием оборудования Ураль -ского центра коллективного пользования «Современные нанотехнологии» ИЕНиМ УрФУ в рамках исследований, проводимых при частичной поддержке РФФИ (грант 20-02-00588-a), а также РНФ (грант 24-12-00302).

Основные результаты были получены лично автором или при его активном участии. Выбор направления исследований, обсуждение результатов и формулировка задач проводились с научным руководителем д.ф. -м.н., профессором В.Я. Шуром и к.ф.м.н., с.н.с. Е.В. Шишкиной. Визуализация доменной структуры с помощью сканирующей лазерной микроскопии генерации второй гармоники проводилась совместно с ведущим инженером М.С. Небогатиковым, а обработка результатов совместно с Э.А. Линкером. Эксперименты по переключению поляризации проводились совместно с к.ф.м.н., н.с. М.А. Чуваковой. Визуализация доменной структуры на полярной поверхности методом СМПО проводилась совместно с к.ф.м.н., с.н.с. Е.В. Шишкиной. Математическая обработка результатов проводилось совместно с к.ф-м.н., н.с. М.С. Кособоковым. Анализ и обработка результатов проводились лично автором. Автор принимал непосредственное участие в подготовке публикаций и докладов на международных и российских конференциях по теме работы.

Диссертационная работа состоит из введения, 6 глав, заключения, списка сокращений и условных обозначений и списка литературы. Общий объем работы составляет 119 страниц, включая 70 рисунков, 3 таблицы, список литературы из 152 наименований.

Глава 1. Литературный обзор

1.1. Сегнетоэлектрики. Основные свойства и применения

Сегнетоэлектрики обладают уникальным сочетанием функциональных характеристик, включая пьезоэлектрические, пироэлектрические и нелинейно -оптические свойства, что открывает широкие перспективы их использования в микроэлектронике, фотонике и оптоэлектронике [18]. Центральную роль в определении эксплуатационных параметров этих материалов играет их доменная структура. Современные достижения в области доменной инженерии демонстрируют, что управление конфигурацией доменных границ и пространственным распределением поляризации позволяет целенаправленно изменять функциональные свойства сегнетоэлектриков. В частности, создание стабильных доменных структур с контролируемой геометрией обеспечивает пространственную модуляцию ключевых физических параметров, таких как диэлектрическая проницаемость и нелинейная восприимчивость, что в конечном итоге повышает эффективность устройств на их основе [19,20].

Наибольшее практическое применение эти методы нашли при разработке нелинейно-оптических и электрооптических компонентов, включая частотные преобразователи лазерного излучения на основе периодически поляризованного ниобата лития (^КЬОз, LN) [21-24]. Однако для создания доменных конфигураций с заданными свойствами необходимо углублённое понимание механизмов переключения поляризации, а также кинетики формирования и эволюции доменов в условиях внешних воздействий [25].

1.2. Форма доменов в одноосных сегнетоэлектриках

Первые доменные структуры (ДС) в монокристаллах ниобата лития (Ь^ были экспериментально идентифицированы Нассау и соавторами в середине XX века [26,27]. Как установлено последующими исследованиями, морфология доменов в этих сегнетоэлектриках напрямую обусловлена кристаллографической симметрией материала (точечная группа Cзv).

При формировании ДС под действием внешнего электрического поля наблюдается характерная геометрия доменов:

1. в объеме кристалла - правильные шестигранные призмы и усеченные пирамиды [28];

2. на полярных поверхностях (/-срезах) - правильные шестиугольники, стенки которых ориентированы строго вдоль кристаллографических направлений <1100> ^-направлений) (Рисунок 1.1).

Рисунок 1.1 - Изображения (а) амплитуды и (б) фазы вертикального пьезоэлектрического отклика, полученные методом силовой микроскопии пьезоэлектрического отклика, в ниобате лития с доменной структурой, сформированной путем локального переключения [29].

Экспериментальные исследования демонстрируют, что морфология доменов существенно зависит от параметров процесса переключения поляризации [30]. В частности, формирование доменов с четко выраженными кристаллографически ориентированными стенками (<1100> направления) наблюдается исключительно при соблюдении двух ключевых условий:

1. достаточно низкие скорости переключения поляризации;

2. обеспечение полной компенсации деполяризующего поля за счет эффективного экранирования.

1.3. Нейтральные и заряженные доменные стенки

В сегнетоэлектрических материалах домены представляют собой локальные

области с однородной ориентацией вектора спонтанной поляризации (Рб), разделённые переходными слоями — доменными стенками. В зависимости от кристаллической структуры материала векторы Рб могут быть ориентированы вдоль одного (одноосные сегнетоэлектрики) или нескольких (многоосные сегнетоэлектрики) разрешённых кристаллографических направлений. Процесс изменения направления Рб между этими состояниями называется переключением поляризации, а совокупность доменов с различной ориентацией Рб формирует доменную структуру кристалла.

Доменные стенки классифицируют по типу изменения вектора Р б на границе раздела доменов:

1. Стенки Изинга - резкий антипараллельный разворот Рб (180°).

2. Стенки Блоха - плавное вращение Рб в плоскости стенки.

3. Стенки Нееля - вращение Рб в направлении, перпендикулярном плоскости стенки.

4. Смешанные типы (Изинга-Блоха, Изинга-Нееля, Изинга-Блоха-Нееля) -комбинации указанных механизмов (Рисунок 1.2) [31].

Рисунок 1.2 - Классификация доменных стенок по типу изменения вектора спонтанной поляризации: (а) Изинга, (б) Блоха, (в) Нееля, (г) смешанный тип Изинга-Нееля. Смешанный тип Изинга-Блоха обладает плоскостью поворота вектора поляризации, отличающейся от (г) [31].

Толщина доменных границ (стенок) в сегнетоэлектрических кристаллах варьируется в пределах нескольких элементарных ячеек (—1-10 нм) [32] и зависит от ряда факторов, включая температурные условия, внешнее давление и кристаллографическую ориентацию. Классифицируют доменные стенки по углу между векторами спонтанной поляризации (Р^) в доменах, которые они разделяют. В одноосных сегнетоэлектриках встречаются исключительно 180-градусные границы, тогда как в многоосных системах возможны различные углы разориентации (90°, 109°, 71° и др.).

Электростатические характеристики доменных стенок существенно зависят от их ориентации относительно полярной оси кристалла:

• Электронейтральные стенки возникают при параллельном расположении границы полярной оси (Рисунок 1.3 а).

• Заряженные стенки образуются при наклонной ориентации, причем плотность связанного заряда определяется выражением о = 2Р$, 8тф [33,34], достигая максимального значения при перпендикулярном расположении (Рисунок 1.3б,в).

По пространственной конфигурации векторов Ps различают два фундаментальных типа заряженных доменных границ:

1. Конфигурация "голова-к-голове" (head-to-head) - векторы поляризации соседних доменов направлены навстречу друг другу.

2. Конфигурация "хвост-к-хвосту" (tail-to-tail) - векторы поляризации ориентированы в противоположные стороны от границы (Рисунок 1.3в).

(а)

(б)

м

(в)

А

Рисунок 1.3 - (а) Нейтральная доменная стенка, (б) наклонная заряженная доменная стенка типа «голова-к-голове», (в) поперечная заряженная доменная стенка типа «хвост-к-хвосту».

Воздействие внешним электрическим полем приводит к двум взаимосвязанным эффектам в заряженных доменных стенках: (1) накоплению компенсирующего свободного заряда и (2) резкому увеличению локальной проводимости [33-37]. Экспериментальные исследования демонстрируют существенную разницу в проводимости между объемом кристалла и доменными стенками - проводимость последних может превышать объемную на несколько порядков величины.

Более того, наблюдается значительная анизотропия проводимости для различных типов заряженных стенок (head-to-head и tail-to-tail) [33,38], что объясняется различием в плотности накопленного заряда, типах доминирующих носителей (электроны/дырки) и их подвижности в разных конфигурациях.

1.4. Эволюция доменной структуры при переключении поляризации

Современная теория переключения поляризации в сегнетоэлектриках базируется на кинетической модели, рассматривающей этот процесс как аналог фазового перехода первого рода [39-41].

Ключевые особенности процесса:

• Скорость образования зародышей пропорциональна превышению приложенного электрического поля над пороговыми значениями.

• Движение доменных стенок реализуется через механизмы 2D-зародышеобразования, приводящего к появлению элементарных

ступеней (пар кинков) толщиной в одну ячейку, и Ш -зародышеобразования, обеспечивающего продольное перемещение кинков вдоль стенки.

Превышение полярной составляющей локального электрического поля над пороговыми значениями характеризует вероятность зародышеобразования. При этом учитываются пространственная неоднородность поля и его временная зависимость, усреднённые по размеру зародыша [42]:

&Еюс.г (г, г) = Е1ос.г (г, г) - Ет (1.1)

Генерация ступеней от поля может быть рассчитана следующим образом:

йщ/а^Е) = к (Е1ос-(1.2)

где п - концентрация ступеней.

Зависимость скорости движения кинка от поля:

^к(Е) = Vк (Еюс~Ещ.к) (13)

где у и - подвижность кинка.

Вероятность возникновения нового зародыша зависит от величины локального поля Еьс.

Еюс Еех + Е^ер + Еехзгс + Е^.5СГ (1.4)

где Еех - внешнее поле, Ес1ер - деполяризующее поле, Еех^ег и Еъ^ег - поля внешнего и внутреннего экранирования. [39]

Согласно данной концепции, эволюция доменной структуры происходит через последовательность стадий [39] (Рисунок 1.5):

Рисунок 1.5 - Стадии эволюции доменной структуры при переключении поляризации из монодоменного состояния: (а) зародышеобразование, (б) прямое прорастание, (в) боковой рост доменов, (г) слияние остаточных доменов, (д) самопроизвольное обратное переключение [43].

1. Зародышеобразование

• Инициируется при превышении приложенным полем порогового значения

Eth.3D

• Преимущественно происходит на поверхности кристалла вследствие:

o Наличия диэлектрического зазора, создающего деполяризующие поля (Рисунок 1.5 а).

o Поверхностных дефектов (шероховатости, неоднородностей электродов).

• Скорость зародышеобразования зависит от локального превышения поля над пороговым значением.

2. Прямое прорастание доменов

• Формирование иглообразных доменов вдоль полярной оси

• Осуществляется через:

o Генерацию элементарных ступеней (пар кинков). o Движение заряженных кинков вдоль стенки под действием деполяризующих полей (Рисунок 1.5б).

3. Боковой рост доменов

• Наиболее изученная стадия (методами in situ микроскопии).

• Характеризуется:

о Движением стенок перпендикулярно полярной оси (Рисунок 1.6). о Образованием доменов правильной геометрии благодаря преимущественному Ш-зародышеобразованию и анизотропии кинетики роста [41,44].

Рисунок 1.6 - Формирование и движение элементарных ступеней и кинков [45]. 4. Слияние доменов

• Замедление и остановка стенок при сближении.

• Скачкообразное завершение процесса (источник импульсов Баркгаузена

• Образование макроскопической доменной структуры (Рисунок 1.5г). 5. Спонтанное обратное переключение

• Релаксация при снятии поля.

• Обусловлено:

о Ростом остаточных доменов.

о Запаздыванием объемного экранирования (Рисунок 1.5д).

Вероятность зародышеобразования определяется величиной локального поля Еос, являющегося суперпозицией вкладов (1) внешнего электрического поля Еех, (2) остаточного деполяризующего поля Еы, создаваемого связанными зарядами, плотность которых зависит от формы доменной стенки, (3) поля

[46,47]).

объёмного экранирования ЕъыШ, определяемого характером объёмного экранирования [48].

Наличие естественного или искусственного диэлектрического зазора на поверхности сегнетоэлектрика приводит к сохранению остаточного деполяризующего поля в объеме переключаемых доменов после окончания процесса внешнего экранирования [49].

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Южаков Владимир Валерьевич, 2025 год

Список использованных источников

1. Gureev, M. Y. Head-to-head and tail-to-tail 180° domain walls in an isolated ferroelectric / M. Y. Gureev, A. K. Tagantsev, N. Setter // Phys. Rev. B. - 2011. -Vol. 83. - № 18. - P. 184104.

2. Kämpfe T. Charged domain walls in ferroelectric single crystals. 2016. № November. P. 103-138.

3. Static conductivity of charged domain walls in uniaxial ferroelectric semiconductors / E. A. Eliseev et al. // Phys. Rev. B. - 2011. - Vol. 83. - №2 23. -P. 235313.

4. Conduction at domain walls in oxide multiferroics / J. Seidel et al. // Nature Materials. - 2009. - Vol. 8. - P. 229-234.

5. Brixner, L.H. Calcium orthovanadate Ca3(VO4)2 - a new laser host crystal / L.H. Brixner, P.A. Flournoy // J. Electrochem. Soc. - 1965. - Vol. 112. - P. 303-308.

6. Ivleva, L.I. Ca3(VO4)2:Tm3+—A new crystalline medium for 2-^m lasers / L.I. Ivleva, E.E. Dunaeva, I.S. Voronina, M.E. Doroshenko, A.G. Papashvili // J. Cryst. Growth. - 2018. - Vol. 501. - P. 18-21.

7. Doroshenko, M.E. Spectroscopic and laser properties of Tm3+ ions in Ca3(VO4)2 crystal / M.E. Doroshenko, A.G. Papashvili, I.S. Voronina, L.I. Ivleva, J. Sulc, J. Kratochvil, H. Jelinkova // J. Lumin. - 2019. - Vol. 205. - P. 482-486.

8. Voronina, I.S. Growth and properties of manganese doped Ca3(VO4)2 single crystals /I.S. Voronina, V.V. Voronov, E.E. Dunaeva, L.D. Iskhakova, A.G. Papashvili, M.E. Doroshenko, L.I. Ivleva // J. Cryst. Growth. - 2021. - Vol. 555. - P. 125965.

9. Ivleva, L.I. Impact of Tm3+/Ho3+ co-doping on spectroscopic and laser properties of Ca3(VO4)2 single crystal / L.I. Ivleva, E.E. Dunaeva, I.S. Voronina, M.E. Doroshenko, A.G. Papashvili, J. Sulc, J. Kratochvil, H. Jelinkova // J. Cryst. Growth. - 2019. - Vol. 513. - P. 10-14.

10.Seidel, J. Domain walls as nanoscale functional elements / J. Seidel // J. Phys. Chem. Lett. - 2012. - Vol. 3. - № 19. - P. 2905-2909.

11.Glass, A.M. Calcium orthovanadate, Ca3(VO4)2 - a new high-temperature ferroelectric / A.M. Glass, S.C. Abrahams, A.A. Ballman, G. Loiacono // Ferroelectrics. - 1977. - Vol. 17. - № 1. - P. 579-582.

12.Yamada M. et al. First-order quasi-phase matched LiNbO3 waveguide periodically poled by applying an external field for efficient blue second-harmonic generation // Appl Phys Lett. 1993. Vol. 62, № 5. P. 435-436.

13.Shur V.Y. et al. Recent achievements in domain engineering in lithium niobate and lithium tantalate // Ferroelectrics. 2001. Vol. 257, № 1. P. 191-202.

14.Meyn J.-P., Fejer M.M. Tunable ultraviolet radiation by second-harmonic generation in periodically poled lithium tantalate // Opt Lett. The Optical Society, 1997. Vol. 22, № 16. P. 1214.

15.Ferroelectric thin films: Review of materials, properties, and applications / N. Setter et al. // J. Appl. Phys. - 2006. -Vol. 100. - № 5. - P. 051606.

16.Tailored domain patterns in piezoelectric crystals / R. E. Newnham et al. // Phys. Status Solidi. - 1975. - Vol. 32. - № 1. - P. 69-78.

17.Wada S. Domain wall engineering in lead-free piezoelectric materials // Ferroelectrics. 2009. Vol. 389, № 1 PART 1. P. 3-9.

18.Shur V.Ya. Nano- and Microdomain Engineering of Lithium Niobate and Lithium Tantalate for Piezoelectric Applications // Advanced Piezoelectric Materials. Elsevier, 2017. P. 235-270.

19.Fejer M.M. et al. Quasi-Phase-Matched Second Harmonic Generation: Tuning and Tolerances // IEEE J Quantum Electron. 1992. Vol. 28, № 11. P. 2631-2654.

20.Hum D.S., Fejer M.M. Quasi-phasematching // Comptes Rendus Physique. 2007. Vol. 8, № 2. P. 180-198.

21.Shur V.Y. et al. Regular ferroelectric domain array in lithium niobate crystals for nonlinear optic applications // Ferroelectrics. Gordon & Breach Science Publ Inc, 2000. Vol. 236, № 1. P. 129-144.

22.Shur V.Y., Akhmatkhanov A.R., Baturin I.S. Micro- and nano-domain engineering in lithium niobate // Applied Physics Reviews. American Institute of Physics Inc., 2015. Vol. 2, № 4.

23.Nassau K., Levinstein H.J., Loiacono G.M. The domain structure and etching of ferroelectric lithium niobate // Appl Phys Lett. 1965. Vol. 6, № 11. P. 228-229.

24.Nassau K., Levinstein H.J. Ferroelectric behavior of lithium niobate // Appl Phys Lett. 1965. Vol. 7, № 3. P. 69-70.

25.Ohnishi, N. Etching study of microdomains in LiNbO3 single crystals / N. Ohnishi, T. Izuka // J. Appl. Phys. - 1975. - Vol. 46. - № 3. - P. 1063-1067.

26.Domain growth kinetics in lithium niobate single crystals studied by piezoresponse force microscopy / B. J. Rodriguez et al. // Appl. Phys. Lett. - 2005. - Vol. 86. -№ 1 - P. 012906.

27.Shur, V. Ya. Nucleation Theory and Applications / V. Ya. Shur. - Wiley-VCH, Weinheim, 2005 - 178-214 p.

28.Lee D. et al. Mixed Bloch-Néel-Ising character of 180°ferroelectric domain walls // Phys Rev B Condens Matter Mater Phys. 2009. Vol. 80, № 6.

29.Jia C.-L. et al. Direct Observation of Continuous Electric Dipole Rotation in Flux-Closure Domains in Ferroelectric Pb(Zr,Ti)O 3 // Science (1979). 2011. Vol. 331, № 6023. P. 1420-1423.

30.Eliseev E.A. et al. Static conductivity of charged domain walls in uniaxial ferroelectric semiconductors // Phys Rev B. 2011. Vol. 83, № 23. P. 235313.

31.Werner C.S. et al. Large and accessible conductivity of charged domain walls in lithium niobate // Sci Rep. Springer US, 2017. Vol. 7, № 1. P. 9862.

32.Vasudevan R.K. et al. Domain Wall Conduction and Polarization-Mediated Transport in Ferroelectrics // Adv Funct Mater. 2013. Vol. 23, № 20. P. 25922616.

33.Ya. Shur V. et al. Time-dependent conduction current in lithium niobate crystals with charged domain walls // Appl Phys Lett. 2013. Vol. 103, № 10. P. 102905.

34.Maksymovych P. et al. Tunable Metallic Conductance in Ferroelectric Nanodomains // Nano Lett. 2012. Vol. 12, № 1. P. 209-213.

35.Zuo Y., Genenko Y.A., Xu B.-X. Charge compensation of head-to-head and tail-to-tail domain walls in barium titanate and its influence on conductivity // J Appl Phys. 2014. Vol. 116, № 4. P. 044109.

36.Shur V.Ya. Nano- and micro-domain engineering in normal and relaxor ferroelectrics // Handbook of Advanced Dielectric, Piezoelectric and Ferroelectric Materials / ed. Ye Z.-G. Elsevier, 2008. P. 622-669.

37.Shur V.Ya. Kinetics of ferroelectric domains: Application of general approach to LiNbO3 and LiTaO3 // J Mater Sci. 2006. Vol. 41, № 1. P. 199-210.

38.Shur V.Y. Correlated Nucleation and Self-Organized Kinetics of Ferroelectric Domains // Nucleation Theory and Applications. Weinheim, FRG: Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, 2005. P. 178-214.

39.Кузьминов Ю.С. Электрооптический и нелинейнооптический кристалл ниобата лития. Москва: Наука, 1987. 264 p.

40.Shur V.Y., Pelegova E. V., Kosobokov M.S. Domain shapes in bulk uniaxial ferroelectrics // Ferroelectrics. Taylor & Francis, 2020. Vol. 569, №2 1. P. 251-265.

41.Scrymgeour D.A. et al. Phenomenological theory of a single domain wall in uniaxial trigonal ferroelectrics: Lithium niobate and lithium tantalate // Phys Rev B Condens Matter Mater Phys. 2005. Vol. 71, № 18. P. 1-13.

42.Shur V.Y. Domain Engineering in Lithium Niobate and Lithium Tantalate: Domain Wall Motion // Ferroelectrics. 2006. Vol. 340, № 1. P. 3-16.

43.Akhmatkhanov A.R. et al. Barkhausen pulses caused by domain merging in congruent lithium niobate // Appl Phys Lett. AIP Publishing LLC, 2020. Vol. 117, № 2. P. 022903.

44.Kipenko I.A. et al. The input of Barkhausen pulses to the switching current in congruent lithium niobate // Ferroelectrics. Taylor & Francis, 2021. Vol. 574, № 1. P. 156-163.

45.Baturin I.S. et al. Characterization of bulk screening in single crystals of lithium niobate and lithium tantalate family // Ferroelectrics. 2008. Vol. 374, № 1. P. 113.

46.Kreher K. V. M. Fridkin: Ferroelectric Semiconductors. // Kristall und Technik. Wiley-Blackwell, 1980. Vol. 15, № 12. P. 1392.

47.Лайнс М., Гласс А., Лайнс М.Е. Сегнетоэлектрики и родственные им материалы / ed. Леманов В.В., Смоленский Г.А. Москва: Мир, 1981. 736 p.

48.Иона Ф., Ширане Д. Сегнетоэлектрические кристалы / ed. Шувалов Л.А.; trans. Фейгин Л.А., Севастьянов Б.К. Москва: Мир, 1965. 556 p.

49.Шур, В. Я. Доменная структура одноосных сегнетоэлектриков и процессы экранирования: дис. ... д-ра. физ.-мат. наук: 01.04.10 / Шур Владимир Яковлевич. - Свердловск, 1990. - С. 335.

50.Ahlfeldt H. Single-domain layers formed in heat-treated LiTaO3 // Appl Phys Lett. 1994. Vol. 64, № 24. P. 3213-3215.

51.Shur V., Rumyantsev E. Arising and evolution of the domain structure in ferroics // Journal of the Korean Physical Society. 1998. Vol. 32. P. S727-S732.

52.Shur V.Y., Akhmatkhanov A.R., Baturin I.S. Fatigue effect in ferroelectric crystals: Growth of the frozen domains // J Appl Phys. 2012. Vol. 111, № 12. P. 124111.

53.Shur V.Y. et al. Polarization reversal induced by heating-cooling cycles in MgO doped lithium niobate crystals // J Appl Phys. 2013. Vol. 113, № 18. P. 187211.

54.Shishkin E.I. et al. Abnormal domain evolution in lithium niobate with surface layer modified by Cu ion implantation // Ferroelectrics. 2010. Vol. 399, № 1. P. 49-57.

55.Kosobokov M.S. et al. Self-Organized Nanodomain Structures Arising in Lithium Tantalate and Lithium Niobate after Pulse Heating by Infrared Laser // Ferroelectrics. 2015. Vol. 476, № 1. P. 134-145.

56.Shur V.Y. et al. Formation of the domain structure in CLN under the pyroelectric field induced by pulse infrared laser heating // AIP Adv. 2015. Vol. 5, № 10. P. 107110.

57.Shur V.Y. et al. Formation of self-organized domain structures with charged domain walls in lithium niobate with surface layer modified by proton exchange // J Appl Phys. 2017. Vol. 121, № 10. P. 104101.

58.Pryakhina V.I. et al. Influence of composition gradients on heat induced initial domain structure in lithium tantalate // Ferroelectrics. Taylor and Francis Inc., 2019. Vol. 542, № 1. P. 13-20.

59.Greshnyakov E.D. et al. Shape of charged domain walls in bidomain lithium tantalate plates with composition gradients // Ferroelectrics. Taylor and Francis Ltd., 2022. Vol. 592, № 1. P. 26-36.

60.Greshnyakov E. et al. In-bulk polarization reversal in lithium tantalate with single charged domain wall // J Adv Dielectr. World Scientific, 2023.

61.Balke N. et al. Enhanced electric conductivity at ferroelectric vortex cores in BiFeO 3 // Nat Phys. 2012. Vol. 8, № 1. P. 81-88.

62.Sluka T. et al. Free-electron gas at charged domain walls in insulating BaTiO3 // Nat Commun. 2013. Vol. 4.

63.Sluka T. et al. Enhanced electromechanical response of ferroelectrics due to charged domain walls // Nat Commun. Nature Publishing Group, 2012. Vol. 3.

64.Maksymovych P. et al. Tunable metallic conductance in ferroelectric nanodomains // Nano Lett. 2012. Vol. 12, № 1. P. 209-213.

65.Seidel J. et al. Domain wall conductivity in La-doped BiFeO3 // Phys Rev Lett. 2010. Vol. 105, № 19.

66. Schröder M. et al. Conducting domain walls in lithium niobate single crystals // Adv Funct Mater. 2012. Vol. 22, № 18. P. 3936-3944.

67.Vul B.M., Guro G.M., Ivanchik I.I. Encountering domains in ferroelectrics // Ferroelectrics. 1973. Vol. 6, № 1. P. 29-31.

68.Grekov A.A., Adonin A.A., Protsenko N.P. Encountering domains in sbsi // Ferroelectrics. 1976. Vol. 13, № 1. P. 483-485.

69.Mizuuchi K. et al. Electric-field poling in Mg-doped LiNbO3 // J Appl Phys. 2004. Vol. 96, № 11. P. 6585-6590.

70.Xu R. et al. Stationary domain wall contribution to enhanced ferroelectric susceptibility // Nat Commun. 2014. Vol. 5.

71.Mitsui R. et al. Enhancement in the piezoelectric properties of BaTiO3-Bi(Mg1/2Ti1/2)O3-BiFeO3 system ceramics by nanodomain // Ceramics International. 2013. Vol. 39, № SUPPL.1.

72.Lobov A.I. et al. Discrete switching by growth of nano-scale domain rays under highly-nonequilibrium conditions in lithium niobate single crystals // Ferroelectrics. 2008. Vol. 373, № 1 PART 1. P. 99-108.

73.Lee J.S. et al. Multifunctional hydrogel nano-probes for atomic force microscopy // Nat Commun. Nature Publishing Group, 2016. Vol. 7.

74.Shur V.Y. et al. In situ investigation of formation of self-assembled nanodomain structure in lithium niobate after pulse laser irradiation // Appl Phys Lett. 2011. Vol. 99, № 8.

75.Chen X. et al. Quasi-phase matching via femtosecond laser-induced domain inversion in lithium niobate waveguides // Opt Lett. 2016. Vol. 41, №2 11. P. 2410.

76.Chen X. et al. Ferroelectric domain engineering by focused infrared femtosecond pulses // Appl Phys Lett. 2015. Vol. 107, № 14.

77.Imbrock J. et al. Thermally assisted fabrication of nonlinear photonic structures in lithium niobate with femtosecond laser pulses // Opt Express. 2022. Vol. 30, №2 22. P. 39340.

78.Imbrock J. et al. Local domain inversion in MgO-doped lithium niobate by pyroelectric field-assisted femtosecond laser lithography // Appl Phys Lett. 2018. Vol. 113, № 25.

79.Klassen-Neklyudova, M. V. The real structure of crystals of Rochelle salt / M. V. Klassen-Neklyudova, M. A. Chernysheva, A. A. Shternberg // Dokl. Akad. Nauk SSSR - 1948. - Vol. 18. - P. 527.

80.Matthias, B. Domain structure and dielectric response of barium titanate single crystals / B. Matthias, A. von Hippel // Phys. Rev. - 1948. - Vol. 73. - № 11. -P.1378-1384.

81.Merz, W. J. Domain formation and domain wall motions in ferroelectric BaTiO 3 single crystals / W. J. Merz // Phys. Rev. - 1954. - Vol. 95. - № 3. - P. 690-698.

82.Little, E. A. Dynamic behavior of domain walls in barium titanate / E. A. Little // Phys. Rev. - 1955. - Vol. 98. - № 4. - P. 978-984.

83.Binah, R. Le. Study of ferroelectric and ferroelastic domain structures by scanning electron microscopy / R. Le Bihan. // Ferroelectrics. - 1988. - Vol. 97. - № 1. - P. 19-46.

84.Gruverman, A. Imaging and control of domain structures in ferroelectric thin films via scanning force microscopy / A. Gruverman, O. Auciello, H. Tokumoto // Annu. Rev. Mater. Sci. - 1998. - Vol. 28. - P. 101-123.

85.Scanning probe microscopy: electrical and electromechanical phenomena at the nanoscale / A. Kholkin et al. // Springer Science & Business Media - New York, 2007. - 173-214 p.

86.Иона, Ф. Сегнетоэлектрические кристаллы / Ф. Иона, Д. Ширане. - М.: Мир, 1965. - 555 с.

87.Лайнс, М.Е. Сегнетоэлектрики и родственные им материалы / М. Е. Лайнс, А. М. Гласс. - М.: Мир, 1981. - 736 с.

88.Shur V.Y., Pelegova E. V., Kosobokov M.S. Domain shapes in bulk uniaxial ferroelectrics // Ferroelectrics. Bellwether Publishing, Ltd., 2020. Vol. 569, № 1. P. 251-265.

89.Shur V.Y. Kinetics of ferroelectric domains: Application of general approach to LiNbO3 and LiTaO3 // Journal of Materials Science. 2006. Vol. 41, № 1. P. 199210.

90.Кинетика доменной структуры при сверхбыстром переключении поляризации в германате свинца / В. Шур и др. // Письма в ЖЭТФ - 1991. -Т. 53. - С. 591-594.

91.Gopalan V., Mitchell T.E. In situ video observation of 180° domain switching in LiTaO3 by electro-optic imaging microscopy // J Appl Phys. American Institute of Physics Inc., 1999. Vol. 85, № 4. P. 2304-2311.

92.Zhao C.F. et al. Silver-Based Conductive Ink on Paper Electrodes Based on MicroPen Writing for Electroanalytical Applications // ChemElectroChem. John Wiley and Sons Inc, 2022. Vol. 9, № 21.

93.Dong X. et al. Two-in-one alcohol-processed PEDOT electrodes produced by solvent exchange for organic solar cells // Energy Environ Sci. Royal Society of Chemistry, 2023. Vol. 16, № 4. P. 1511-1519.

94.Lee J.J. et al. Alcohol-based highly conductive polymer for conformal nanocoatings on hydrophobic surfaces toward a highly sensitive and stable pressure sensor // NPG Asia Mater. Springer US, 2020. Vol. 12, № 1.

95.Gopalan V., Gupta M.C. Observation of internal field in LiTaO3 single crystals: Its origin and time-temperature dependence // Appl Phys Lett. 1995. Vol. 890, №2 December 1996. P. 888.

96.Binnig, G. Scanning tunneling microscopy / G. Binnig, H. Rohrer // Surf. Sci. -1983. - Vol. 126. - № 1-3. - P. 236-244.

97.Binnig, G Atomic Force Microscope / G. Binnig, C. Gerber, C. Quate // Phys. Rev. Lett. - 1986. Vol. 56. - № 9. - P. 930-933.

98.Martin, Y. Atomic force microscope-force mapping and profiling on a sub 100-Â scale / Y. Martin, C. C. Williams, H. K. Wickramasinghe // J. Appl. Phys. - 1987. - Vol. 61. - № 10. - P. 4723-4729.

99.Albrecht T.R. et al. Imaging and modification of polymers by scanning tunneling and atomic force microscopy // Appl. Phys. 1988. Vol. 64, № 3.

100. Albrecht T.R. et al. Frequency modulation detection using high-Q cantilevers for enhanced force microscope sensitivity // J Appl Phys. 1991. Vol. 69, № 2. P. 668-673.

101. Sugawara Y. et al. Defect motion on an InP(110) surface observed with noncontact atomic force microscopy // Science (1979). American Association for the Advancement of Science, 1995. Vol. 270, № 5242. P. 1646-1648.

102. Giessibl F.J. Surface by Atomic Force Microscopy // Resolution of the Silicon. Vol. 1.

103. Kitamura S., Suzuki K., Iwatsuki M. Observation of silicon surfaces using ultrahigh vacuum noncontact atomic force microscope // Japanese Journal of Applied Physics, Part 1 : Regular Papers and Short Notes and Review Papers. Japan Society of Applied Physics, 1998. Vol. 37, № 6 SUPPL. B. P. 3765-3768.

104. Garcia R., Calleja M., Pérez-Murano F. Local oxidation of silicon surfaces by dynamic force microscopy: Nanofabrication and water bridge formation // Appl Phys Lett. 1998. Vol. 72, № 18. P. 2295-2297.

105. Kholkin A.L. et al. Review of ferroelectric domain imaging by piezoresponse force microscopy // Scanning Probe Microscopy. Springer New York, 2007. Vol. 2. P. 173 -214.

106. Soergel E. Piezoresponse force microscopy (PFM) // J Phys D Appl Phys. 2011. Vol. 44, № 46.

107. Kalinin S. V., Bonnell D.A. Imaging mechanism of piezoresponse force microscopy of ferroelectric surfaces // Phys Rev B Condens Matter Mater Phys. 2002. Vol. 65, № 12. P. 1-11.

108. Kalinin S. V. et al. Vector piezoresponse force microscopy // Microscopy and Microanalysis. 2006. Vol. 12, № 3. P. 206-220.

109. Alikin D.O. et al. In-plane polarization contribution to the vertical piezoresponse force microscopy signal mediated by the cantilever "buckling" // Appl Surf Sci. Elsevier B.V., 2021. Vol. 543.

110. Dynamics of ferroelectric domain growth in the field of atomic force microscope / A. Agronin et al. // Journal of Applied Physics. - 2006. - Vol. 99. -№ 10. -P. 104102.

111. Yamada M. et al. First-order quasi-phase matched LiNbO3 waveguide periodically poled by applying an external field for efficient blue second-harmonic generation // Appl Phys Lett. 1993. Vol. 62, № 5. P. 435-436.

112. Quasi-phase-matched blue light generation in bulk lithium niobate, electrically poled via periodic liquid electrodes / J. Webjörn et al. // Electron. Lett. - 1994. - Vol. 30:11. - P. 894.

113. Myers L.E. et al. Quasi-phase-matched 1.064-mm-pumped optical parametric oscillator in bulk periodically poled LiNbO 3. 1994.

114. Myers L.E. et al. Quasi-phase-matched optical parametric oscillators in bulk periodically poled LiNbO_3 // Journal of the Optical Society of America B. The Optical Society, 1995. Vol. 12, № 11. P. 2102.

115. 55% conversion efficiency to green in bulk quasi-phase-matching lithium niobate / J. Webjörn et al. // Electron. Lett. - 1995. - Vol. 31:8. - P. 669.

116. McElhanon R.W. Blue light generation in bulk periodically field poled LiNbO3 / R.W. McElhanon, W.K. Burns, L. Goldberg // Electron. Lett. - 1995. -Vol. 31:18. - P. 1576-1577.

117. Miller G.D. et al. 42%-efficient single-pass cw second-harmonic generation in periodically poled lithium niobate // Opt Lett. The Optical Society, 1997. Vol. 22, № 24. P. 1834.

118. Haycock P.W., Townsend P.D. A method of poling LiNbO3 and LiTaO3 below T c // Appl Phys Lett. 1986. Vol. 48, № 11. P. 698-700.

119. Keys R.W. et al. Fabrication of Domain Reversed Gratings for SHG in LiNbO3 Electron Beam Bombardment // Electron Lett. 1990. Vol. 26, № 3. P. 188190.

120. Ito H. Fabrication of periodic domain grating in LiNbO3 by electron beam writing for application of nonlinear optical processes / H. Ito, C. Takyu, H. Inaba // Electron. Lett. - 1991. - Vol. 27:14. - P. 1221.

121. Yamada M. Fabrication of periodically reversed domain structure for SHG in LiNbO3, by direct electron beam lithography at room temperature / M. Yamada, K. Kishima // Electron. Lett. - 1991. - Vol. 27:10. - P. 828-829.

122. Miller G.D. et al. Visible quasi-phasematched harmonic generation by electric-field-poled lithium niobate.

123. Defriset M., De C. Super-resolution in confocal scanning microscopy: generalized inversion formulae // Inverse Problems. 1992. Vol. 8. 175-185 p.

124. Фотиев А.А., Трунов В.К., Журавлёв В.Д. Ванадаты двухвалентных металлов. М.: Наука. 1984. 165 с.

125. Grzechnik, A. High-Temperature Transformations in Calcium Orthovanadate Studied with Raman Scattering / A. Grzechnik // Chemistry of Materials. - 1998. - Vol. 10 (4). - P. 1034-1040.

126. Ning H., Yan H., Reece M.J. A High Curie Point Ferroelectric Ceramic Ca3(VO4)2 // Ferroelectrics. Taylor and Francis Inc., 2015. Vol. 487, № 1. P. 94100.

127. Gonzalez M. et al. Influence of Parameters in Vapor Transport Equilibration Treatment on Composition and Homogeneity of LiTaO3 Single Crystals // Physica Status Solidi (A) Applications and Materials Science. 2024. Vol. 2400129. P. 1 -11.

128. Sheng Y. et al. Three-dimensional ferroelectric domain visualization by Cerenkov-type second harmonic generation // Opt Express. 2010. Vol. 18, № 16. P. 16539.

129. Esin A.A., Akhmatkhanov A.R., Shur V.Y. The electronic conductivity in single crystals of lithium niobate and lithium tantalate family // Ferroelectrics. Taylor and Francis Inc., 2016. Vol. 496, № 1. P. 102-109.

130. Yatsenko A. V., Yevdokimov S. V., Yatsenko A.A. Analysis of the ionic contribution to the electrical conductivity of LiNbO3 crystals // Ferroelectrics. Taylor & Francis, 2021. Vol. 576, № 1. P. 157-162.

131. Yatsenko A. V. et al. Specific features of electrical conductivity of LiTaO3 and LiNbO3 crystals in the temperature range of 290-450 K // Physics of the Solid State. 2015. Vol. 57, № 8. P. 1547-1550.

132. Esin A.A., Akhmatkhanov A.R., Shur V.Y. Superfast domain wall motion in lithium niobate single crystals. Analogy with crystal growth // Appl Phys Lett. American Institute of Physics Inc., 2019. Vol. 114, № 19.

133. Esin A.A., Akhmatkhanov A.R., Shur V.Y. Tilt control of the charged domain walls in lithium niobate // Appl Phys Lett. American Institute of Physics Inc., 2019. Vol. 114, № 9.

134. Pryakhina V.I. et al. As-grown domain structure in lithium tantalate with spatially nonuniform composition // Ferroelectrics. Taylor and Francis Inc., 2018. Vol. 525, № 1. P. 47-53.

135. Shur V., Rumyantsev E. Arising and Evolution of the Domain Structure in Ferroics // Journal of the Korean Physical Society. 1998. Vol. 32. 727 -732 p.

136. Chen J. et al. Influence of growth striations on para-ferroelectric phase transitions: Mechanism of the formation of periodic laminar domains in LiNbO3 and LiTaO3 // J Appl Phys. 1989. Vol. 66, № 1. P. 336-341.

137. Evlanova N.F. et al. Periodically poled Y : LiNbO 3 single crystal: impurity distribution and domain wall location // Journal of Crystal Growth. 2001. Vol. 223. 156-160 p.

138. Shur V.Y. et al. Domain Structure Of Lead Germanate // Ferroelectrics. 1989. Vol. 98, № 1. P. 29-49.

139. Shur V.Y. et al. Dimensionality increase of ferroelectric domain shape by pulse laser irradiation // Acta Mater. Acta Materialia Inc, 2021. Vol. 219.

140. Lobov A.I. et al. Field induced evolution of regular and random 2D domain structures and shape of isolated domains in LiNbO3 and LiTaO3 // Ferroelectrics. 2006. Vol. 341, № 1 PART 2. P. 109-116.

141. Shur V.Y. et al. Domain shape in congruent and stoichiometric lithium tantalate // Ferroelectrics. 2002. Vol. 269. P. 195-200.

142. Kämpfe T. et al. Real-time three-dimensional profiling of ferroelectric domain walls // Appl Phys Lett. 2015. Vol. 107, № 15.

143. Park B.M. et al. Mechanical twinning in stoichiometric lithium niobate single crystal // Journal of Crystal Growth. 1997. Vol. 180. 101 -104 p.

144. Park B.M. et al. Relation between Mechanical Twinning and Cracking in Stoichiometric Lithium Niobate Single Crystals.

145. Shur V.Y. et al. Formation of self-similar surface nano-domain structures in lithium niobate under highly nonequilibrium conditions // Ferroelectrics. 2006. Vol. 341, № 1 PART 2. P. 85-93.

146. Shur V.Y. et al. Self-assembled shape evolution of the domain wall and formation of nanodomain wall traces induced by multiple IR laser pulse irradiation in lithium niobate // J Appl Phys. American Institute of Physics Inc., 2020. Vol. 127, № 9.

147. Greshnyakov E.D. et al. Tip-induced domain growth on the non-polar cut of lithium niobate with various stoichiometry deviations // J Appl Phys. American Institute of Physics Inc., 2022. Vol. 131, № 21.

148. Shur V.Y. et al. Time-dependent conduction current in lithium niobate crystals with charged domain walls // Appl Phys Lett. 2013. Vol. 103, № 10.

149. Shur V., Rumyantsev E., Makarov S. Kinetics of phase transformations in real finite systems: Application to switching in ferroelectrics // J Appl Phys. American Institute of Physics Inc., 1998. Vol. 84, № 1. P. 445-451.

150. Shur V.Y. et al. Polarization reversal in congruent and stoichiometric lithium tantalate // Appl Phys Lett. 2001. Vol. 79, № 19. P. 3146-3148.

151. Shur V.Y. et al. Barkhausen jumps during domain wall motion in ferroelectrics // Ferroelectrics. 2002. Vol. 267. P. 347 -353.

152. Russ J.C. Fractal Dimension Measurement of Engineering Surfaces // Int. J. Mach. Tools Manufact. 1998. Vol. 38. 567-571 p.

Список публикаций по теме диссертации

Статьи, опубликованные в рецензируемых научных журналах и изданиях, определенных ВАК РФ и Аттестационным советом УрФУ:

A1 Micro-Raman domain imaging in calcium orthovanadate single crystals / E.V. Shishkina, E.D. Greshnyakov, P.S. Zelenovskiy, V.V. Yuzhakov, L.I. Ivleva, V.Y. Shur // Ferroelectrics. - 2020. - Vol. 576. - P. 85-93. - 0,5 п.л./0,1 п. л. - (Scopus, Web of Science).

A2 As-grown domain structure in calcium orthovanadate crystals / E.V. Shishkina, V.V. Yuzhakov, M.S. Nebogatikov, E.V. Pelegova, E.A. Linker, L.I. Ivleva, V.Y. Shur // Crystals. - 2021. - Vol. 11(12). - P. 1508. - 0,5 п.л./0,1 п.л. - (Scopus, Web of Science).

A3 Domain structure evolution during polarization reversal in calcium orthovanadate single crystals / E.V. Shishkina, M.A. Chuvakova, V.V. Yuzhakov, A.R. Akhmatkhanov, E.V. Pelegova, M.S. Nebogatikov, A.D. Ushakov, E.A. Linker, L.I. Ivleva, V.Y. Shur // Journal of Applied Physics. - 2022. - Vol. 132(18). - P. 184101. - 0,5 п.л./0,1 п.л. - (Scopus, Web of Science).

A4 Domain structure evolution in calcium orthovanadate crystal induced by IR laser irradiation // E.V. Shishkina, V.V. Yuzhakov, A.R. Akhmatkhanov, E.V. Pelegova, L.I. Ivleva, A.V. Makaev, V.Y. Shur / Ferroelectrics. - 2022. - Vol. 592. - P. 8389. - 0,5 п.л./0,1 п.л. - (Scopus, Web of Science).

A5 Domain structure evolution during polarization reversal in calcium orthovanadate single crystals / V.V. Yuzhakov, M.A. Chuvakova, E.V. Shishkina, A.R. Akhmatkhanov, E.V. Pelegova, L.I. Ivleva, V.Y. Shur // Ferroelectrics. - 2023. -Vol. 604. - P. 101-106. - 0,5 п.л./0,1 п.л. - (Scopus, Web of Science).

A6 Kinetics of the domain structure in calcium orthovanadate crystals under application of the series of electric field pulses / V.V. Yuzhakov, M.A. Chuvakova, E.V. Shishkina, M.S. Nebogatikov, E.A. Linker, A.R. Akhmatkhanov, E.V. Pelegova, L.I. Ivleva, V.Ya Shur // Ferroelectrics. - 2024. - Vol. 614(5). - P. 1339-1345. - 0,5

п.л./0,1 п.л. - (Scopus, Web of Science).

A7 Yuzhakov V.V. / Field-induced evolution of as-grown domain structure in annealed calcium orthovanadate crystal / V.V. Yuzhakov, M.A. Chuvakova, A.P. Turygin, E.V. Shishkina, M.S. Nebogatikov, E.A. Linker, A.R. Akhmatkhanov, M.S. Kosobokov, S.A. Melnikov, E.V. Pelegova, L.I. Ivleva, V.Y. Shur // Crystals. -2025. - Vol. 15(4). - P. 315. - 0,5 п.л./0,1 п.л. - (Scopus, Web of Science).

Тезисы международных и всероссийских научных конференций:

1. Исходная доменная структура в монокристаллах сегнетоэлектрика ортованадата кальция/ В. В. Южаков, Е. В. Шишкина, М. С. Небогатиков, Л. И. Ивлева, В. Я. Шур // Сборник тезисов Международной онлайн -конференции «Исследование сегнетоэлектрических материалов российскими учеными. Столетие открытия сегнетоэлектричества» (СЭ-100), Екатеринбург, Россия, 17-19 августа 2020 г. - С. 171-172 - 0,1 п.л./ 0,02 п.л.

2. Новый сегнетоэлектрик. Переключение поляризации и особенности исходной доменной структуры в монокристаллах ортованадата кальция / Е. В. Шишкина, В. В. Южаков, М. С. Небогатиков, Л. И. Ивлева, В. Я. Шур // Труды XXV Международного симпозиума «Нанофизика и наноэлектроника», Нижний Новгород, Россия, 9 -12 марта 2021 г. - Т. 1. - С. 350-351. - 0,1 п.л./ 0,02 п.л.

3. Исходная доменная структура в монокристаллах сегнетоэлектрика ортованадата кальция / Е. В. Шишкина, В. В. Южаков, М. С. Небогатиков, Э. А. Линкер, Е. Д. Грешняков, Л. И. Ивлева, В. Я. Шур // Сборник тезисов XXII Всероссийской конференции по физике сегнетоэлектриков (ВКС-XXII), Екатеринбург, Россия, 25 -28 августа 2021 г. - C. 233-234. - 0,1 п.л./ 0,02 п.л.

4. First Observation of the Domain Kinetics in Calcium Orthovanadate Single Crystals / Ekaterina Shishkina, Vladimir Yuzhakov, Maria Chuvakova, Andrey Akhmatkhanov, Maxim Nebogatikov, Eduard Linker, Lyudmila Ivleva, Vladimir Shur // Сборник тезисов Международного симпозиума по применению

сегнетоэлектриков (ISAF-PFM-ECAPD), Tours, France, June 27-July 1, 2022. -No. 2418. - 0,1 п.л./ 0,02 п.л.

5. Эволюция доменной структуры монокристаллов ортованадата кальция в однородном электрическом поле/ В. В. Южаков, Е. В. Шишкина, М. А. Чувакова, А. Д. Ушаков, А. Р. Ахматханов, М. С. Небогатиков, Э. А. Линкер, Л. И. Ивлева, В. Я. Шур // Сборник тезисов IV международного семинара "Современные нанотехнологии" (IWMN-2022), Екатеринбург, Россия, 24-27 августа 2022 г. - C. 119. - 0,1 п.л./ 0,02 п.л.

6. Эволюция доменной структуры монокристаллов ортованадата кальция в однородном электрическом поле / В. В. Южаков, Е. В. Шишкина, М. А. Чувакова, А. Р. Ахматханов, М. С. Небогатиков, Е. А. Линкер, Л. И. Ивлева, В. Я. Шур // Сборник тезисов Международного семинара «Фазовые переходы и неоднородные состояния в оксидах» (PTISO22), Казань, Россия, 4-8 июля 2022 г. - C. 119. - 0,1 п.л./ 0,02 п.л.

7. Field induced domain kinetics in calcium orthovanadate crystals with charged domain walls / V. V. Yuzhakov, E. V. Shishkina, M. A. Chuvakova, A. R. Akhmatkhanov, M. S. Nebogatikov, E. A. Linker, L. I. Ivleva, V. Ya. Shur // Сборник тезисов Международной конференции «Materials Science and Nanotechnology» (MSN-2023), Екатеринбург, Россия, 27-30 августа 2023 г. -C. 63. - 0,1 п.л./ 0,02 п.л.

8. Кинетика доменной структуры монокристаллов ортованадата кальция при переключении поляризации серией импульсов однородного электрического поля / В. В. Южаков, Е. В. Шишкина, М. А. Чувакова, А. Р. Ахматханов, М. С. Небогатиков, Е. А. Линкер, Л. И. Ивлева, В. Я. Шур // Сборник тезисов XXIII Всероссийской конференции по физике сегнетоэлектриков (ВКС -XXIII), Тверь, Россия, 3-6 октября 2023 г. - С. 62. - 0,1 п.л./ 0,02 п.л.

9. Field induced domain evolution in calcium orthovanadate crystals with as-grown domain structure / V. V. Yuzhakov, E. V. Shishkina, M. A. Chuvakova, A. R. Akhmatkhanov, M. S. Nebogatikov, E. A. Linker, L. I. Ivleva, V. Ya. Shur // Сборник тезисов Второй международной конференции «Materials Science and

Nanotechnology» (MSN-2024), Екатеринбург, Россия, 27-30 августа 2023 г. -C. 143. - 0,1 п.л./ 0,02 п.л.