搜索

x

留言板

尊敬的读者、作者、审稿人, 关于本刊的投稿、审稿、编辑和出版的任何问题, 您可以本页添加留言。我们将尽快给您答复。谢谢您的支持!

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

应力作用下EuTiO3铁电薄膜电热效应的唯象理论研究

王歆钰 储瑞江 魏胜男 董正超 仲崇贵 曹海霞

应力作用下EuTiO3铁电薄膜电热效应的唯象理论研究

王歆钰, 储瑞江, 魏胜男, 董正超, 仲崇贵, 曹海霞
PDF
导出引用
  • 基于Laudau-Devonshire的热动力学模型, 计算了EuTiO3铁电薄膜材料的电热效应. 结果显示在外加应力的调控下, 电极化、电热系数以及绝热温差都会随之变化. 外加垂直于表面的张应力加大, 薄膜的相变温度升高, 绝热温差增加, 最大绝热温差所对应的工作温度向高温区移动. 对于二维平面失配应变um =-0.005的薄膜, 当外加张应力σ3 = 5 GPa时, 其最大电热系数为1.75×10-3 C/m2·K, 电场变化200 MV/m 时室温下绝热温差ΔT 的最大值可达到14 K 以上, 绝热温差ΔT ≥13 K 的工作温区超过120 K, 表明可以通过调控外部应力来获取室温时较大的绝热温差. 此结果预示着铁电EuTiO3 薄膜在室温固态制冷方面可能具有较好的应用前景.
    • 基金项目: 江苏省自然科学基金(批准号:BK2012655)资助的课题.
    [1]

    Moya X, Stern-Taulats E, Crossley S, González-Alonso D, Kar-Narayan S, Planes A, Maosa L, MathurN D 2013 Adv. Mater. 25 136

    [2]

    Lisenkov S, Ponomareva I 2009 Phys. Rev. B 80 140102

    [3]

    Lu S G, Zhang Q M 2009 Adv. Mater. 21 1983

    [4]

    Zhang H B, Wu H P, Zhou T, Zhang Z, Chai G Z 2013 Acta. Phys. Sin. 62 247701 (in Chinese) [张杭波, 吴化平, 周挺, 张征, 柴国钟 2013 物理学报 62 247701]

    [5]

    Peng B, Fan H, Zhang Q 2013 Adv. Funct. Mater. 23 2987

    [6]

    Mischenko A S, Zhang Q, Scott J F, Whatmore R W, Mathur N D 2006 Science 311 1270

    [7]

    Neese B, Chu B J, Lu S G, Wang Y, Furman E, Zhang Q M 2008 Science 321 821

    [8]

    Qiu J H, Ding J N, Yuan N Y, Wang X Q and Yang J 2011 Eur. Phys. J. B 84 25

    [9]

    Hamad M A 2013 AIP Advances 3 032115

    [10]

    Dai X, Cao H X, Jiang Q, Lo V C 2009 J. Appl. Phys. 106 034103

    [11]

    Li B, Ren W J, Wang X W, Meng H, Liu X G, Wang Z J, Zhang Z D 2010 Appl. Phys. Lett. 96 102903

    [12]

    Zhang J, Alpay S P, Rossetti G A 2011 Appl. Phys. Lett. 98 132907

    [13]

    Pirc R, Kutnjak Z, Blinc R, Zhang Q M 2011 J. Appl. Phys. 110 074113

    [14]

    Lisenkov S, Ponomareva I 2012 Phys. Rev. B 86 104103

    [15]

    Cao H X, Li Z Y 2009 J. Appl. Phys. 106 094104

    [16]

    Lee J H, Fang L, Vlahos E, Ke X, Jung Y W, Kourkoutis L F, Kim J W, Ryan P J, Heeg T, Roeckrath M, Goian V, Bernhagen M, Uecker R, Hammel P C, Rabe K M, Kamba S, Schubert J, Freeland J W, Muller D A, Fennie C J, Schiffer P, Gopalan V, Johnston H E, Schiom D G 2010 Nature 466 954

    [17]

    Zhou W L, Xia K, Xu D, Zhong C G, Dong Z C, Fang J H 2012 Acta. Phys. Sin. 61 097702 (in Chinese) [周文亮, 夏坤, 许达, 仲崇贵, 董正超, 方靖淮 2012 物理学报 61 097702]

    [18]

    Morozovska A N, Glinchuk M D, Behera R K, Zaulychny B, Deo C S, Eliseev E A 2011 Phys. Rev. B 84 205403

    [19]

    Schlom D G, Chen L Q, Eom Ch B, Rabe K M, Streiffer S K, Triscone J M 2007 Annu. Rev. Mater. Res. 37 589

    [20]

    Jiang Q, Wu H 2002 Chin. Phys. B 11 1303

    [21]

    Ryan P J, Kim J W, Birol T, Thompson P, Lee J H, Ke X, Normile P S, Karapetrova E, Schiffer P, Brown S D, Fennie C J, Schlom D G 2013 Nat. Commun. 4 1334

    [22]

    Yang Y, Ren W, Wang D, and Bellaiche L 2012 Phys. Rev. Lett. 109 267602

    [23]

    Liu P F, Meng X J, Chu J H, Geneste G, Dkhil B 2009 J. Appl. Phys. 105 114105

    [24]

    Akcay G, Alpay S P, Mantese J V, Rossetti G A 2007 Appl. Phys. Lett. 90 252909

    [25]

    Bai G, Li R, Liu Z G, Xia Y D, Yin J 2012 J. Appl. Phys. 111 044102

    [26]

    Liu Y, Peng X, Lou X, Zhou H 2012 Appl. Phys. Lett. 100 192902

    [27]

    Hao X, Zhai J 2014 Appl. Phys. Lett. 104 022902

    [28]

    Muta H, Ieda A, Kurosaki K, Yamanaka S 2005 Mater. Trans. 46 1466

    [29]

    Fennie C J, Rabe K M 2006 Phys. Rev. Lett. 97 267602

    [30]

    Wu H P, Xu B, Liu A P, Chai G Z 2012 J. Appl. D:Appl. Phys. 45 455306

    [31]

    Qiu J H, Jiang Q 2008 Phys. Lett. A 372 7191

    [32]

    Peng B L, Fan H Q, Zhang Q 2013 Adv. Funct. Mater. 23 2987

    [33]

    Saranya D, Chaudhuri A R, Parui J, Krupanidhi S B 2009 Bull. Mater. Sci. 32 259

    [34]

    Liu Y, Infante I C, Lou X, Lupascu D C, Dkhil B 2014 Appl. Phys. Lett. 104 012907

    [35]

    Bai Y, Zheng G P, Ding K, Qiao L J, Shi S Q, Guo D 2011 J. Appl. Phys. 110 094103

    [36]

    Li B, Wang J B, Zhong X L, Wang F, Wang L J, Zhou Y C 2013 J. Appl. Phys. 114 044301

  • [1]

    Moya X, Stern-Taulats E, Crossley S, González-Alonso D, Kar-Narayan S, Planes A, Maosa L, MathurN D 2013 Adv. Mater. 25 136

    [2]

    Lisenkov S, Ponomareva I 2009 Phys. Rev. B 80 140102

    [3]

    Lu S G, Zhang Q M 2009 Adv. Mater. 21 1983

    [4]

    Zhang H B, Wu H P, Zhou T, Zhang Z, Chai G Z 2013 Acta. Phys. Sin. 62 247701 (in Chinese) [张杭波, 吴化平, 周挺, 张征, 柴国钟 2013 物理学报 62 247701]

    [5]

    Peng B, Fan H, Zhang Q 2013 Adv. Funct. Mater. 23 2987

    [6]

    Mischenko A S, Zhang Q, Scott J F, Whatmore R W, Mathur N D 2006 Science 311 1270

    [7]

    Neese B, Chu B J, Lu S G, Wang Y, Furman E, Zhang Q M 2008 Science 321 821

    [8]

    Qiu J H, Ding J N, Yuan N Y, Wang X Q and Yang J 2011 Eur. Phys. J. B 84 25

    [9]

    Hamad M A 2013 AIP Advances 3 032115

    [10]

    Dai X, Cao H X, Jiang Q, Lo V C 2009 J. Appl. Phys. 106 034103

    [11]

    Li B, Ren W J, Wang X W, Meng H, Liu X G, Wang Z J, Zhang Z D 2010 Appl. Phys. Lett. 96 102903

    [12]

    Zhang J, Alpay S P, Rossetti G A 2011 Appl. Phys. Lett. 98 132907

    [13]

    Pirc R, Kutnjak Z, Blinc R, Zhang Q M 2011 J. Appl. Phys. 110 074113

    [14]

    Lisenkov S, Ponomareva I 2012 Phys. Rev. B 86 104103

    [15]

    Cao H X, Li Z Y 2009 J. Appl. Phys. 106 094104

    [16]

    Lee J H, Fang L, Vlahos E, Ke X, Jung Y W, Kourkoutis L F, Kim J W, Ryan P J, Heeg T, Roeckrath M, Goian V, Bernhagen M, Uecker R, Hammel P C, Rabe K M, Kamba S, Schubert J, Freeland J W, Muller D A, Fennie C J, Schiffer P, Gopalan V, Johnston H E, Schiom D G 2010 Nature 466 954

    [17]

    Zhou W L, Xia K, Xu D, Zhong C G, Dong Z C, Fang J H 2012 Acta. Phys. Sin. 61 097702 (in Chinese) [周文亮, 夏坤, 许达, 仲崇贵, 董正超, 方靖淮 2012 物理学报 61 097702]

    [18]

    Morozovska A N, Glinchuk M D, Behera R K, Zaulychny B, Deo C S, Eliseev E A 2011 Phys. Rev. B 84 205403

    [19]

    Schlom D G, Chen L Q, Eom Ch B, Rabe K M, Streiffer S K, Triscone J M 2007 Annu. Rev. Mater. Res. 37 589

    [20]

    Jiang Q, Wu H 2002 Chin. Phys. B 11 1303

    [21]

    Ryan P J, Kim J W, Birol T, Thompson P, Lee J H, Ke X, Normile P S, Karapetrova E, Schiffer P, Brown S D, Fennie C J, Schlom D G 2013 Nat. Commun. 4 1334

    [22]

    Yang Y, Ren W, Wang D, and Bellaiche L 2012 Phys. Rev. Lett. 109 267602

    [23]

    Liu P F, Meng X J, Chu J H, Geneste G, Dkhil B 2009 J. Appl. Phys. 105 114105

    [24]

    Akcay G, Alpay S P, Mantese J V, Rossetti G A 2007 Appl. Phys. Lett. 90 252909

    [25]

    Bai G, Li R, Liu Z G, Xia Y D, Yin J 2012 J. Appl. Phys. 111 044102

    [26]

    Liu Y, Peng X, Lou X, Zhou H 2012 Appl. Phys. Lett. 100 192902

    [27]

    Hao X, Zhai J 2014 Appl. Phys. Lett. 104 022902

    [28]

    Muta H, Ieda A, Kurosaki K, Yamanaka S 2005 Mater. Trans. 46 1466

    [29]

    Fennie C J, Rabe K M 2006 Phys. Rev. Lett. 97 267602

    [30]

    Wu H P, Xu B, Liu A P, Chai G Z 2012 J. Appl. D:Appl. Phys. 45 455306

    [31]

    Qiu J H, Jiang Q 2008 Phys. Lett. A 372 7191

    [32]

    Peng B L, Fan H Q, Zhang Q 2013 Adv. Funct. Mater. 23 2987

    [33]

    Saranya D, Chaudhuri A R, Parui J, Krupanidhi S B 2009 Bull. Mater. Sci. 32 259

    [34]

    Liu Y, Infante I C, Lou X, Lupascu D C, Dkhil B 2014 Appl. Phys. Lett. 104 012907

    [35]

    Bai Y, Zheng G P, Ding K, Qiao L J, Shi S Q, Guo D 2011 J. Appl. Phys. 110 094103

    [36]

    Li B, Wang J B, Zhong X L, Wang F, Wang L J, Zhou Y C 2013 J. Appl. Phys. 114 044301

  • [1] 张杭波, 吴化平, 周挺, 张征, 柴国钟. 面外应变对1-3型垂直异质P(VDF-TrFE)基复合薄膜电热性能的调控. 物理学报, 2013, 62(24): 247701. doi: 10.7498/aps.62.247701
    [2] 梁晓琳, 刘志壮, 吕业刚, 龚跃球, 郑学军. 外加电场对铁电薄膜相变的影响. 物理学报, 2010, 59(11): 8167-8171. doi: 10.7498/aps.59.8167
    [3] 卢兆信. 参数修改对铁电薄膜相变性质的影响. 物理学报, 2013, 62(11): 116802. doi: 10.7498/aps.62.116802
    [4] 谢康, 张辉, 张鹏翔, 胡俊涛, 朱杰. Pb(Zr0.3Ti0.7)O3铁电薄膜激光感生电压效应. 物理学报, 2010, 59(9): 6417-6422. doi: 10.7498/aps.59.6417
    [5] 李俊, 吴强, 于继东, 谭叶, 姚松林, 薛桃, 金柯. 铁冲击相变的晶向效应. 物理学报, 2017, 66(14): 146201. doi: 10.7498/aps.66.146201
    [6] 邵建立, 王 裴, 秦承森, 周洪强. 铁冲击相变的分子动力学研究. 物理学报, 2007, 56(9): 5389-5393. doi: 10.7498/aps.56.5389
    [7] 刘 鹏, 杨同青, 张良莹, 姚 熹. Pb(Zr,Sn,Ti)O3反铁电陶瓷的低温相变扩散与极化弛豫. 物理学报, 2000, 49(11): 2300-2303. doi: 10.7498/aps.49.2300
    [8] 贺红亮, 祝文军, 邓小良, 李英骏, 崔新林. 冲击波压缩下含纳米孔洞单晶铁的结构相变研究. 物理学报, 2006, 55(10): 5545-5550. doi: 10.7498/aps.55.5545
    [9] 汪志刚, 吴亮, 张杨, 文玉华. 面心立方铁纳米粒子的相变与并合行为的分子动力学研究. 物理学报, 2011, 60(9): 096105. doi: 10.7498/aps.60.096105
    [10] 刘志强, 常胜江, 王晓雷, 范飞, 李伟. 基于VO2薄膜相变原理的温控太赫兹超材料调制器. 物理学报, 2013, 62(13): 130702. doi: 10.7498/aps.62.130702
    [11] 蒋招绣, 辛铭之, 申海艇, 王永刚, 聂恒昌, 刘雨生. 多孔未极化Pb(Zr0.95Ti0.05)O3铁电陶瓷单轴压缩力学响应与相变. 物理学报, 2015, 64(13): 134601. doi: 10.7498/aps.64.134601
    [12] 蒋招绣, 王永刚, 聂恒昌, 刘雨生. 极化状态与方向对单轴压缩下Pb(Zr0.95Ti0.05)O3铁电陶瓷畴变与相变行为的影响. 物理学报, 2017, 66(2): 024601. doi: 10.7498/aps.66.024601
    [13] 蒋冬冬, 谷岩, 冯玉军, 杜金梅. 静水压下锆锡钛酸铅铁电陶瓷相变和介电性能研究. 物理学报, 2011, 60(10): 107703. doi: 10.7498/aps.60.107703
    [14] 刘绍军, 卢铁城, 陈向荣, 卢志鹏, 祝文军. 非静水压条件下铁从α到ε结构相变的第一性原理计算. 物理学报, 2009, 58(3): 2083-2089. doi: 10.7498/aps.58.2083
    [15] 刘常升, 李永华, 孟繁玲, 王煜明, 郑伟涛. NiTi合金薄膜厚度对相变温度影响的X射线光电子能谱分析. 物理学报, 2009, 58(4): 2742-2745. doi: 10.7498/aps.58.2742
    [16] 汪昌州, 朱伟玲, 翟继卫, 赖天树. Ga30Sb70/Sb80Te20纳米复合多层薄膜的相变特性研究. 物理学报, 2013, 62(3): 036402. doi: 10.7498/aps.62.036402
    [17] 孙景阳, 王东明, 吕业刚, 王苗, 汪伊曼, 沈祥, 王国祥, 戴世勋. 应用于相变存储器的Cu-Ge3Sb2Te5薄膜的结构及相变特性研究. 物理学报, 2015, 64(1): 016103. doi: 10.7498/aps.64.016103
    [18] 李永宏, 刘福生, 程小理, 张明建, 薛学东. 冲击加载条件下融石英对水的凝固相变的诱导效应. 物理学报, 2011, 60(12): 126202. doi: 10.7498/aps.60.126202
    [19] 王志红, 曾慧中, 王龙海, 于 军, 刘 锋, 郑朝丹, 李 佳, 王耘波, 高峻雄, 赵素玲. PT/PZT/PT铁电薄膜的铁电畴和畴壁. 物理学报, 2006, 55(5): 2590-2595. doi: 10.7498/aps.55.2590
    [20] 文娟辉, 杨琼, 曹觉先, 周益春. 铁电薄膜漏电流的应变调控. 物理学报, 2013, 62(6): 067701. doi: 10.7498/aps.62.067701
  • 引用本文:
    Citation:
计量
  • 文章访问数:  869
  • PDF下载量:  223
  • 被引次数: 0
出版历程
  • 收稿日期:  2014-12-25
  • 修回日期:  2015-01-13
  • 刊出日期:  2015-06-05

应力作用下EuTiO3铁电薄膜电热效应的唯象理论研究

  • 1. 南通大学理学院, 南通 226007;
  • 2. 苏州大学物理科学与技术学院, 苏州 215006
    基金项目: 

    江苏省自然科学基金(批准号:BK2012655)资助的课题.

摘要: 基于Laudau-Devonshire的热动力学模型, 计算了EuTiO3铁电薄膜材料的电热效应. 结果显示在外加应力的调控下, 电极化、电热系数以及绝热温差都会随之变化. 外加垂直于表面的张应力加大, 薄膜的相变温度升高, 绝热温差增加, 最大绝热温差所对应的工作温度向高温区移动. 对于二维平面失配应变um =-0.005的薄膜, 当外加张应力σ3 = 5 GPa时, 其最大电热系数为1.75×10-3 C/m2·K, 电场变化200 MV/m 时室温下绝热温差ΔT 的最大值可达到14 K 以上, 绝热温差ΔT ≥13 K 的工作温区超过120 K, 表明可以通过调控外部应力来获取室温时较大的绝热温差. 此结果预示着铁电EuTiO3 薄膜在室温固态制冷方面可能具有较好的应用前景.

English Abstract

参考文献 (36)

目录

    /

    返回文章
    返回