Бородина Вероника Викторовна, кандидат физико-математических наук, доцент кафедры математики, естественнонаучных и общепрофессиональных дисциплин
344006, Ростов-на-Дону, улица Седова, д. 8
Veronika V. Borodina, Cand. Sci. (Physics and Mathematics), associate Professor of the Department of mathematics, natural science and general professional disciplines
8, Sedov str., Rostov-on-Don 344006
Крамаров Сергей Олегович, доктор физико-математических наук, профессор, главный научный сотрудник
628412, Сургут, пр. Ленина, д. 1
Sergey O. Kramarov, Dr. Sci. (Physics and Mathematics), Professor, Chief Scientist
1, Lenin Ave., Surgut 628412
В данной обзорной статье обобщён материал многолетних исследований, посвящённых влиянию механических напряжений на доменную структуру многоосных сегнетоэлектриков на примере монокристаллов титаната бария (BaTiO ). Со времени открытия сегнетоэлектрических свойств титаната бария в 1944 году3 этот материал стал предметом всестороннего исследования как первый практически важный и, пожалуй, наиболее известный сегнетоэлектрик. Доменная структура титаната бария является чувствительной к механическим напряжениям, возникающим и от простого одноосного сжатия, и от точечных воздействий локальной механической нагрузкой. Механические напряжения, действуя на сегнетоэлектрический кристалл, оказывают существенное влияние на его диэлектрические и пьезоэлектрические свойства, в частности, под влиянием механических напряжений возможны 90-градусные переключения доменов. Наиболее интересные экспериментальные результаты были получены при изучении упругопластических процессов в BaTiO под действием локальных механических нагрузок. Обнаружены и изучены: напряжённо-деформированная область вокруг точки приложения нагрузки; «внутренний» 90-градусный домен, не выходящий ни на одну из поверхностей кристалла и не3 замыкающийся на других доменах; рост 90-градусных доменов под действием остаточных механических напряжений; рост трещин вдоль заряженных 90-градусных доменных границ. Введены термины «сегнетопластический эффект» (деформирование кристалла за счёт образования 90-градусных сегнетоэлектрических доменов) и «сегнетомеханический эффект» (образование и рост трещин по заряженным 90-градусным доменным границам). Была выдвинута и экспериментально подтверждена гипотеза о существенной роли кислородных вакансий в процессах 90-градусных доменных переориентаций. В частности, увеличение концентрации кислородных вакансий путём восстановительного отжига монокристаллов титаната бария создаёт более благоприятные условия для появления «внутреннего» 90-градусного домена под локальной механической нагрузкой. Изучение закономерностей формирования доменной структуры в сегнетоэлектрических кристаллах остаётся важной проблемой современного материаловедения.
This review article summarizes the material of years of research on the impact of mechanical stresses on the domain structure of multiaxhetoelectrics using the example of barium titanium monocrystals. Since the discovery of the ferroelectric properties of barium titanate in 1944, this material has been the subject of comprehensive investigation as the first practically important and perhaps the most famous ferroelectric. The domain structure of barium titanate is sensitive to mechanical stresses arising both from simple uniaxial compression and from point impacts by local mechanical loading. Mechanical stress applied to a ferroelectric crystal may have a significant effect on dielectric and piezoelectric properties. In particular, 90-degree domain switching is possible under the influence of stresses. The most interesting experimental results are obtained in the study of elastoplastic processes in BaTiO 3 originating from local mechanical stresses. The following features are found and studied: development of strained region around the point of application of the load; “internal” 90-degree domain that does not extend to the crystal surfaces and does not close upon other domains; the growth of 90-degree domains under the influence of residual mechanical stresses; growth of cracks along charged 90-degree domain walls. The notions of “ferroplastic effect” (crystal deformation due to the formation of 90-degree ferroelectric domains) and “ferromechanical effect” (crack formation and growth along charged 90-degree domain walls) are introduced. The hypothesis of a significant role of oxygen vacancies in the processes of 90-degree domain reorientation was put forward and experimentally confirmed. In particular, an increase in the concentration of oxygen vacancies by reducing annealing of barium titanate single crystals creates more favorable conditions for the appearance of an "internal" 90-degree domain under local mechanical load. The study of the mechanisms governing the formation of a domain structure in ferroelectric crystals remains an important problem of modern materials science.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.