مهندسی مکانیک مدرس

مهندسی مکانیک مدرس

تاثیرات تنش و کرنش بر رفتار فروالکتریک سرب‌تیتانات PbTiO3

نوع مقاله : پژوهشی اصیل

نویسندگان
گروه فیزیک، دانشکده مهندسی انرژی و فیزیک، دانشگاه صنعتی امیرکبیر، تهران، ایران
چکیده
سرب تیتانات به عنوان یک پروسکایت یونی در پایین‌تر از دمای ۷۶۶کلوین که موسوم به دمای گذار است در فاز فروالکتریک و در بالای این دما در فاز پاراالکتریک است. بررسی تاثیر پارامترهای مکانیکی بر خواص فروالکتریک این ماده اهمیت بسزایی در کاربرد صنعتی آن در قطعات الکترونیکی ذخیره اطلاعات دارد. در این مطالعه با استفاده از روش شبیه‌سازی دینامیک مولکولی اثر تنش- کرنش بر قطبش‌پذیری سرب تیتانات در فاز فروالکتریکِ بررسی شده است. برای مدل‌سازی پتانسیل بین اتمی، برهم کنش بین یون‌ها در فاز پاراالکتریک پتانسیل‌های باکینگهام کوتاه‌برد و کولنی بلندبرد و در فاز فروالکتریک علاوه بر پتانسیل‌های فوق، پتانسیل فنر نیز با استفاده از مدل پوسته‌ای در نظر گرفته شده است. در این مقاله اثرات ناشی از اعمال تنش- کرنش مکانیکی در فاز فروالکتریک و در دو حالت تنش- کرنش تک‌محوری کششی و تراکمی مورد بررسی قرار گرفت. در حالت تنش- کرنش کششی اعمال تنش خارجی منجر به افزایش قطبش PbTiO۳ شد در حالی که با اعمال تنش تراکمی قطبش PbTiO۳ کاهش می یابد، تاجایی که با اعمال تنش- کرنش بحرانی قطبش PbTiO۳ به صفر می‌رسد.
کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله English

Study of the Strain - Stress Effect on Ferroelectric Behaviors of PbTiO3

نویسندگان English

H. Araghi
Y. Nemati Asl
Physics Department, Energy Engineering & Physics Faculty, Amirkabir University of Technology, Tehran, Iran
چکیده English

Leed titanate as an ionic Perovskite is ferroelectric at the lower of the below 766 K, which is called the transition temperature (Curie temperature), and at the above of this temperature is in the paraelectric phase. Studying the influence of mechanical parameters on the ferroelectric properties of PbTiO3 is important in the industrial application (such as RAM) of PbTiO3. In this study, using the molecular dynamics simulation method, the stress-strain effects on the polarization of lead titanate in the ferroelectric phase have been investigated. For modeling the atomic potential and interactions between ions in the ferroelectric phase, the short-range Buckingham potential and long-range coulombic potential, and, in addition, the fourth-order potential of oscillatory springs using a shell model (a model for calculating the polarization of a system) has been used. In this study, the effects of mechanical stress-strain action in the ferroelectric phase were investigated in two tensile and compression uniaxial stress-strain. In tensile stress-strain mode, the application of external stress leads to an increase in the polarization of the system, while applying compression stress-strain results in the decrease of the polarization of the system, so that by applying stress-strain, the polarization of the system reaches zero.

کلیدواژه‌ها English

Leed Titanate
Ferroelectric
molecular dynamics
Stress-Strain
Polarization
Grünebohm A, Nishimatsu T. Influence of defects on ferroelectric and electrocaloric properties of BaTiO3. Physical Review B. 2016;93:134101. [Link] [DOI:10.1103/PhysRevB.93.134101]
Bedoya-Hincapié CM, Ortiz-Álvarez HH, Restrepo-Parra E, Olaya-Flórez JJ, Alfonso JE. Hysteresis loop behaviors of ferroelectric thin films: A Monte Carlo simulation study. Chinese Physics B. 2015;24(11):117701. [Link] [DOI:10.1088/1674-1056/24/11/117701]
Qi Y, Liu S, Grinberg I, Rappe AM. Atomistic description for temperature-driven phase transitions in BaTiO3. Physical Review B. 2016;94:134308. [Link] [DOI:10.1103/PhysRevB.94.134308]
Asthagiri A, Wu Z, Choudhury N, Cohen RE. Advances in first-principles studies of transducer materials. Ferroelectrics. 2006;333(1):69-78. [Link] [DOI:10.1080/00150190600695750]
Behera RK, Hinojosa BB, Sinnott SB, Asthagiri A, Phillpot SR. Coupling of surface relaxation and polarization in PbTiO3 from atomistic simulation. Journal of Physics Condensed Matter. 2008;20(39):395004. [Link] [DOI:10.1088/0953-8984/20/39/395004]
Sepliarsky M, Asthagiri A, Phillpot SR, Stachiotti MG, Migoni RL. Atomic-level simulation of ferroelectricity in oxide materials. Current Opinion in Solid State and Materials Science. 2005;9(3):107-113. [Link] [DOI:10.1016/j.cossms.2006.05.002]
Shimada T, Wakahara K, Umeno Y, Kitamura T. Shell model potential for PbTiO3 and its applicability to surfaces and domain walls. Journal of Physics Condensed Matter. 2008;20(32):325225. [Link] [DOI:10.1088/0953-8984/20/32/325225]
Sepliarsky M, Wu Z, Asthagiri A, Cohen RE. Atomistic model potential for PbTiO3 and PMN by fitting first principles results. Ferroelectrics. 2004;301(1):55-59. [Link] [DOI:10.1080/00150190490454882]
Kim MC, Lee SG, Joh C, Seo HS. First-principles predictions of structures and piezoelectric properties of PbTiO3 single crystal. Transactions on Electrical and Electronic Materials. 2016;17(1):29-32. [Link] [DOI:10.4313/TEEM.2016.17.1.29]
Vielma JM, Schneider G. Shell model of BaTiO3 derived from ab-initio total energy calculations. Journal of Applied Physics. 2013;114(17):174108. [Link] [DOI:10.1063/1.4827475]