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

外延压应变对BaTiO3铁电体抗辐射性能影响的分子动力学研究

王玉珍 马颖 周益春

引用本文:
Citation:

外延压应变对BaTiO3铁电体抗辐射性能影响的分子动力学研究

王玉珍, 马颖, 周益春

Molecular dynamics study of epitaxial compressive strain influence on the radiation resistance of BaTiO3 ferroelectrics

Wang Yu-Zhen, Ma Ying, Zhou Yi-Chun
PDF
导出引用
  • 采用基于壳模型的分子动力学模拟方法, 研究了存在外延压应变时BaTiO3铁电体的辐射位移效应, 以O原子作为初冲原子(primary knock-on atom, PKA), 能量为1 keV, 方向为[001], 分别计算了外延压应变为0, 0.4%, 0.8%, 1.2%, 1.6%, 2.0%时体系的缺陷数量、分布, 以及辐射前后的极化强度, 比较了压应变为2%以及无应变下损伤区域、缺陷离位距离和反向外电场下PKA的迁移距离. 结果表明, 随外延压应变增加体系极化近似线性增加, 辐射后极化降低幅度降低、缺陷产生的数量有所减小, 2% 压应变存在时缺陷原子的离位距离、PKA在反向外电场作用下的迁移距离和损伤区域都小于无应变的情况, 说明外延压应变的存在对辐射造成的晶格损伤具有抑制作用, 对辐射损伤具有改善作用, 可以通过引入外延压应变来调控BaTiO3的辐射损伤.
    Radiation displacement effect of BaTiO3 ferroelectric under epitaxial compressive strain is studied by using molecular dynamics simulations which is based on shell model. The numbers of defects, distributions and changes of polarization in the system are calculated before and after radiation under epitaxial compressive strains of 0, 0.4%, 0.8%, 1.2%, 1.6%, 2.0% respectively by using O atom of 1 keV and [001] direction as a primary konck-on atom (PKA). The damaged areas, the displacement distances of the defect, and migration distances of PKA under reverse applied electric field, obtained in the two cases: 2% compressive strain and no strain, are compared. The results show that the polarization of system increases almost linearly with increasing the epitaxial compressive strain, and that both the polarization amplitude and the number of defects decrease after irradiation. The displacement distance of defects under 2% compressive strain, migration distance of PKA under reverse applied electrical field and damaged area are all smaller than under no strain condition, which indicates that epitaxial compressive strain can suppress lattice irradiation damage, and the damage in BaTiO3 can be tuned by introducing epitaxial compressive strain.
    • 基金项目: 国家自然科学基金(批准号: 11172257)资助的课题.
    • Funds: Project supported by the National Natural Science Foundation of China (Grant No. 11172257).
    [1]

    Dawber M, Rabe K M, Scott J F 2005 Rev. Mod. Phys. 77 1083

    [2]

    Moore R A, Benedetto J M, McGarrity J M, McLean F B 1991 IEEE Trans. Nucl. Sci. 38 1078

    [3]

    Scott J F, Araujo C A, Meadows Brett H, McMillan L D, Shawabkeh A 1989 J. Appl. Phys. 66 1444

    [4]

    Li Y S, Ma Y, Zhou Y C 2009 Appl. Phys. Lett. 94 042903

    [5]

    Gruverman A, Rodriguez B J, Nemanich R J, Kingon A I 2002 J. Appl. Phys. 92 2734

    [6]

    Yang S M, Kim T H, Yoon J G, Noh T W 2012 Adv. Funct. Mater. 22 2310

    [7]

    Qiu J H, Ding J N, Yuan N Y, Wang X Q 2012 Chin. Phys. B 21 097701

    [8]

    Choi K J, Biegalski M, Li Y L, Sharan A, Schubert J, Uecher R, Reiche P, Chen Y B, Pan X Q, Gopalan V, Chen L Q, Schlom D G, Eom C B 2004 Science 306 1005

    [9]

    Haeni J H, Irvin P, Chang W, Uecker R, Reiche P, Li Y L, Choudhury S, Tian W, Hawley M E, Craigo B, Tagantsev A K, Pan X Q, Streiffer S K, Chen L Q, Kirchoefer S W, Levy J, Schlom D G 2004 Nature 430 758

    [10]

    Zhang S, Ma Y, Zhou Y C 2012 J. Inorg. Mater. 27 1169 (in Chinese) [张思, 马颖, 周益春 2012 无机材料学报 27 1169]

    [11]

    Yang Q, Cao J X, Ma Y, Zhou Y C, Jiang L M, Zhong X L 2013 J. Appl. Phys. 113 184110

    [12]

    Schlom D G, Chen L Q, Darrell G, Pan X Q, Schmehl A, Zurbuchen M A 2008 J. Am. Ceram. Soc. 91 2429

    [13]

    Wooding S J, Howe L M, Gao F, Calder A F, Bacon D J 1998 J. Nucl. Mater. 254 191

    [14]

    Xu S Z, Hao Z M, Su Y Q, Hu W J, Yu Y, Wan Q 2012 Radiat Eff. Defects Solids 167 12

    [15]

    Zhu Y, Li B H, Xie G F 2012 Acta Phys. Sin. 61 046103 (in Chinese) [朱勇, 李宝华, 谢国峰 2012 物理学报 61 046103]

    [16]

    Fen S X, Li B H, Jin Q H, Guo Z Y, Ding D T 2000 Acta Phys. Sin. 49 2433 (in Chinese) [冯少新, 李宝会, 金庆华, 郭振亚, 丁大同 2000 物理学报 49 2433]

    [17]

    Sepliarsky M, Tinte S. 2009 Phys. B: Condens Matter 404 2730

    [18]

    Chen Y X, Xie G F, Ma Y, Zhou Y C 2009 Acta Phys. Sin. 58 4085 (in Chinese) [陈育祥, 谢国锋, 马颖, 周益春 2009 物理学报 58 4085]

    [19]

    Ma Y, Sun L L, Zhou Y C 2011 Acta Phys. Sin. 60 046105 (in Chinese) [马颖, 孙玲玲, 周益春 2011 物理学报 60 046105]

    [20]

    Chen Y X, Liu B N, Ma Y, Zhou Y C 2009 Nucl. Instrum. Methods Phys. Res. Sect. B: Beam Interact. Mater. 267 3090

    [21]

    www. ccp5. ac. uk /DL_POLY [2014.6.5]

    [22]

    Xu H X 2010 Ph. D. Dissertation (Gainesville: University of Florida)

    [23]

    Chen L, Xiong X M, Meng H, L P, Zhang J X 2006 Appl. Phys. Lett. 89 071916

    [24]

    Warren W L, Tuttle B A, Dimos D 1995 Appl. Phys. Lett. 67 1426

  • [1]

    Dawber M, Rabe K M, Scott J F 2005 Rev. Mod. Phys. 77 1083

    [2]

    Moore R A, Benedetto J M, McGarrity J M, McLean F B 1991 IEEE Trans. Nucl. Sci. 38 1078

    [3]

    Scott J F, Araujo C A, Meadows Brett H, McMillan L D, Shawabkeh A 1989 J. Appl. Phys. 66 1444

    [4]

    Li Y S, Ma Y, Zhou Y C 2009 Appl. Phys. Lett. 94 042903

    [5]

    Gruverman A, Rodriguez B J, Nemanich R J, Kingon A I 2002 J. Appl. Phys. 92 2734

    [6]

    Yang S M, Kim T H, Yoon J G, Noh T W 2012 Adv. Funct. Mater. 22 2310

    [7]

    Qiu J H, Ding J N, Yuan N Y, Wang X Q 2012 Chin. Phys. B 21 097701

    [8]

    Choi K J, Biegalski M, Li Y L, Sharan A, Schubert J, Uecher R, Reiche P, Chen Y B, Pan X Q, Gopalan V, Chen L Q, Schlom D G, Eom C B 2004 Science 306 1005

    [9]

    Haeni J H, Irvin P, Chang W, Uecker R, Reiche P, Li Y L, Choudhury S, Tian W, Hawley M E, Craigo B, Tagantsev A K, Pan X Q, Streiffer S K, Chen L Q, Kirchoefer S W, Levy J, Schlom D G 2004 Nature 430 758

    [10]

    Zhang S, Ma Y, Zhou Y C 2012 J. Inorg. Mater. 27 1169 (in Chinese) [张思, 马颖, 周益春 2012 无机材料学报 27 1169]

    [11]

    Yang Q, Cao J X, Ma Y, Zhou Y C, Jiang L M, Zhong X L 2013 J. Appl. Phys. 113 184110

    [12]

    Schlom D G, Chen L Q, Darrell G, Pan X Q, Schmehl A, Zurbuchen M A 2008 J. Am. Ceram. Soc. 91 2429

    [13]

    Wooding S J, Howe L M, Gao F, Calder A F, Bacon D J 1998 J. Nucl. Mater. 254 191

    [14]

    Xu S Z, Hao Z M, Su Y Q, Hu W J, Yu Y, Wan Q 2012 Radiat Eff. Defects Solids 167 12

    [15]

    Zhu Y, Li B H, Xie G F 2012 Acta Phys. Sin. 61 046103 (in Chinese) [朱勇, 李宝华, 谢国峰 2012 物理学报 61 046103]

    [16]

    Fen S X, Li B H, Jin Q H, Guo Z Y, Ding D T 2000 Acta Phys. Sin. 49 2433 (in Chinese) [冯少新, 李宝会, 金庆华, 郭振亚, 丁大同 2000 物理学报 49 2433]

    [17]

    Sepliarsky M, Tinte S. 2009 Phys. B: Condens Matter 404 2730

    [18]

    Chen Y X, Xie G F, Ma Y, Zhou Y C 2009 Acta Phys. Sin. 58 4085 (in Chinese) [陈育祥, 谢国锋, 马颖, 周益春 2009 物理学报 58 4085]

    [19]

    Ma Y, Sun L L, Zhou Y C 2011 Acta Phys. Sin. 60 046105 (in Chinese) [马颖, 孙玲玲, 周益春 2011 物理学报 60 046105]

    [20]

    Chen Y X, Liu B N, Ma Y, Zhou Y C 2009 Nucl. Instrum. Methods Phys. Res. Sect. B: Beam Interact. Mater. 267 3090

    [21]

    www. ccp5. ac. uk /DL_POLY [2014.6.5]

    [22]

    Xu H X 2010 Ph. D. Dissertation (Gainesville: University of Florida)

    [23]

    Chen L, Xiong X M, Meng H, L P, Zhang J X 2006 Appl. Phys. Lett. 89 071916

    [24]

    Warren W L, Tuttle B A, Dimos D 1995 Appl. Phys. Lett. 67 1426

  • [1] 袁用开, 陈茜, 高廷红, 梁永超, 谢泉, 田泽安, 郑权, 陆飞. GaAs晶体在不同应变下生长过程的分子动力学模拟. 物理学报, 2023, 72(13): 136801. doi: 10.7498/aps.72.20221860
    [2] 白刚, 韩宇航, 高存法. (111)取向无铅K0.5Na0.5NbO3外延薄膜的相变和电卡效应: 外应力与错配应变效应. 物理学报, 2022, 71(9): 097701. doi: 10.7498/aps.71.20220234
    [3] 王娜, 许会芳, 杨秋云, 章毛连, 林子敬. 单层CrI3电荷输运性质和光学性质应变调控的第一性原理研究. 物理学报, 2022, 71(20): 207102. doi: 10.7498/aps.71.20221019
    [4] 汪建元, 林光杨, 王佳琪, 李成. 简并态锗在大注入下的自发辐射谱模拟. 物理学报, 2017, 66(15): 156102. doi: 10.7498/aps.66.156102
    [5] 刘海军, 田晓波, 李清江, 孙兆林, 刁节涛. 基于蒙特卡洛方法的钛氧化物忆阻器辐射损伤研究. 物理学报, 2015, 64(7): 078401. doi: 10.7498/aps.64.078401
    [6] 马武英, 陆妩, 郭旗, 何承发, 吴雪, 王信, 丛忠超, 汪波, 玛丽娅. 双极电压比较器电离辐射损伤及剂量率效应分析. 物理学报, 2014, 63(2): 026101. doi: 10.7498/aps.63.026101
    [7] 董垒, 王卫国. 纯铜[0 1 1]倾侧型非共格3晶界结构稳定性分子动力学模拟研究. 物理学报, 2013, 62(15): 156102. doi: 10.7498/aps.62.156102
    [8] 李兴冀, 刘超铭, 孙中亮, 兰慕杰, 肖立伊, 何世禹. 不同粒子辐射条件下CC4013器件辐射损伤研究. 物理学报, 2013, 62(5): 058502. doi: 10.7498/aps.62.058502
    [9] 王义元, 陆妩, 任迪远, 郭旗, 余学峰, 何承发, 高博. 双极线性稳压器电离辐射剂量率效应及其损伤分析. 物理学报, 2011, 60(9): 096104. doi: 10.7498/aps.60.096104
    [10] 顾芳, 张加宏, 杨丽娟, 顾斌. 应变石墨烯纳米带谐振特性的分子动力学研究. 物理学报, 2011, 60(5): 056103. doi: 10.7498/aps.60.056103
    [11] 刘柏年, 马颖, 周益春. 四方相BaTiO3缺陷性质的第一性原理计算. 物理学报, 2010, 59(5): 3377-3383. doi: 10.7498/aps.59.3377
    [12] 郑玉展, 陆妩, 任迪远, 王义元, 郭旗, 余学锋, 何承发. 不同发射极面积npn晶体管高低剂量率辐射损伤特性. 物理学报, 2009, 58(8): 5572-5577. doi: 10.7498/aps.58.5572
    [13] 刘永利, 赵星, 张宗宁, 张林, 王绍青, 叶恒强. TiAl/Ti3Al体系剪切变形的分子动力学研究. 物理学报, 2009, 58(13): 246-S253. doi: 10.7498/aps.58.246
    [14] 陈育祥, 谢国锋, 马颖, 周益春. BaTiO3晶体结构及弹性的分子动力学模拟. 物理学报, 2009, 58(6): 4085-4089. doi: 10.7498/aps.58.4085
    [15] 史力斌, 郑 岩, 任骏原, 李明标, 张国华. YBa2Cu3O7-δ/LaAlO3和Tl2Ba2CaCu2O8/LaAlO3高温超导薄膜内的应变对其微波表面电阻影响的研究. 物理学报, 2008, 57(2): 1183-1189. doi: 10.7498/aps.57.1183
    [16] 吴卫东, 何英杰, 王 锋, 詹勇军, 白 黎, 巨 新, 陈正豪, 唐永建, 孙卫国, 潘海斌. Co:BaTiO3/Si(100)纳米复合薄膜制备、微结构及其紫外光电子能谱研究. 物理学报, 2008, 57(1): 600-606. doi: 10.7498/aps.57.600
    [17] 何宝平, 陈 伟, 王桂珍. CMOS器件60Co γ射线、电子和质子电离辐射损伤比较. 物理学报, 2006, 55(7): 3546-3551. doi: 10.7498/aps.55.3546
    [18] 蒙 康, 姜森林, 侯利娜, 李 蝉, 王 坤, 丁志博, 姚淑德. Mg+注入对GaN晶体辐射损伤的研究. 物理学报, 2006, 55(5): 2476-2481. doi: 10.7498/aps.55.2476
    [19] 文玉华, 朱 弢, 曹立霞, 王崇愚. 镍基单晶超合金Ni/Ni3Al晶界的分子动力学模拟. 物理学报, 2003, 52(10): 2520-2524. doi: 10.7498/aps.52.2520
    [20] 张 磊, 钟维烈. 横场-伊辛模型中BaTiO3的铁电行为. 物理学报, 2000, 49(11): 2296-2299. doi: 10.7498/aps.49.2296
计量
  • 文章访问数:  5247
  • PDF下载量:  448
  • 被引次数: 0
出版历程
  • 收稿日期:  2014-06-06
  • 修回日期:  2014-08-14
  • 刊出日期:  2014-12-05

/

返回文章
返回