Movimento de paredes de domínio ferroelétricas com luz: descrição teórica e investigação do fenômeno em materiais policristalinos
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Data de Publicação: | 2019 |
Tipo de documento: | Dissertação |
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Título da fonte: | Repositório Institucional da UFSCAR |
Texto Completo: | https://repositorio.ufscar.br/handle/ufscar/11647 |
Resumo: | Ferroelectrics are material exhibiting a spontaneous polarization that may be switched by an electric external field. This behavior is provided to well-known ferroelectric domain walls motion. Recent research has proved the surprising ability to move ferroelectric domain wall under illumination with wavelength of 532 nm incident on a surface of single crystals of Barium Titanate (BaTiO3). In spite of experimental results concerning about this light-matter interaction, it is remarkable a lack of physical insight, as well as possibility to observe if occurrences of motion domain wall is due to single or poly crystal character. By using a phenomenological approaches based on Devonshire-Landau’s theory was possible make a development to describe a polarization-induced switching under light like perturbation of bound and free charge accumulated within domain wall. Accordingly, interactions between photons having lower energy that optical gap and screening charge give rise to fluctuation in depolarization electric field that serve as a driving force to polarization reorientation around the wall. This approach gives a satisfactory explanation to experimental facts observed in single crystals of BaTiO3, in addition, it allows to conjecture a correlation between the phenomenon occurrence with existence of charged domain wall as single crystal as polycrystal. It was prove that BaTiO3 coarse grain ceramics (grain size approx 50µm) contend 90-domains are possible a manifestation of polarization switching induced by light also, in this form, it was demonstrate the size grain dependence with evidence of this light-matter interaction, highlighted again the role-play of charged ferroelectric domain wall. In this way, here has made an extend to polycrystal materials that could lead to developed the next generation of photo-stimulated ferroelectric devices. |
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Recent research has proved the surprising ability to move ferroelectric domain wall under illumination with wavelength of 532 nm incident on a surface of single crystals of Barium Titanate (BaTiO3). In spite of experimental results concerning about this light-matter interaction, it is remarkable a lack of physical insight, as well as possibility to observe if occurrences of motion domain wall is due to single or poly crystal character. By using a phenomenological approaches based on Devonshire-Landau’s theory was possible make a development to describe a polarization-induced switching under light like perturbation of bound and free charge accumulated within domain wall. Accordingly, interactions between photons having lower energy that optical gap and screening charge give rise to fluctuation in depolarization electric field that serve as a driving force to polarization reorientation around the wall. This approach gives a satisfactory explanation to experimental facts observed in single crystals of BaTiO3, in addition, it allows to conjecture a correlation between the phenomenon occurrence with existence of charged domain wall as single crystal as polycrystal. It was prove that BaTiO3 coarse grain ceramics (grain size approx 50µm) contend 90-domains are possible a manifestation of polarization switching induced by light also, in this form, it was demonstrate the size grain dependence with evidence of this light-matter interaction, highlighted again the role-play of charged ferroelectric domain wall. In this way, here has made an extend to polycrystal materials that could lead to developed the next generation of photo-stimulated ferroelectric devices.Os materiais ferroelétricos apresentam polarização espontânea, a qual pode ser chaveada mediante um campo elétrico externo. Esta capacidade de chaveamento está vinculada com o movimento das chamadas paredes de domínio. Recentemente, pesquisadores observaram a possibilidade de movimentar paredes de domínio em monocristais de titanato de bário (BaTiO3) quando luz com comprimento de onda de 532nm incide na superfície do material. Apesar das evidências experimentais da manifestação deste fenômeno, a origem física ainda não é bem compreendida. Por outro lado, não está claro se o fenômeno está vinculado à natureza monocristalina do material ou se também pode ser observado em materiais policristalinos. Neste trabalho contribuiu-se para entendimento deste novo acoplamento entre luz-matéria em materiais de BaTiO3. Partindo do ponto de vista fenomenológico, foi desenvolvida uma descrição teórica baseada na teoria de Devoshire-Landau que relacionou o fenômeno de chaveamento da polarização induzida por luz com a perturbação de paredes de domínio, as quais apresentam um acúmulo de carga de polarização compensada, presentes nos monocristais de BaTiO3. Assim, fótons com energia menor que o gap da banda produzem flutuações na densidade de carga de compensação localizada nas paredes de domínio com acumulação de carga ligada, as quais induzem flutuações no campo elétrico depolarizante produzido pela carga ligada acumulada na interface, resultando no chaveamento da polarização ao redor da parede, descrevendo satisfatoriamente o fenômeno experimental observado em monocristais de BaTiO3. Ainda baseado nesta descrição fenomenológica, foi possível inferir que materiais ferroelétricos que apresentem paredes de domínio com o acúmulo de cargas livres, inclusive aqueles policristalinos, podem exibir o fenômeno. Mediante a investigação experimental da dependência do tamanho de grão em cerâmicas de BaTiO3 com o fenômeno de chaveamento da polarização induzida por luz, foi demonstrado que cerâmicas de BaTiO3 com grãos suficientemente grandes para apresentar domínios de 90◦ apresentam o fenômeno da mudança de polarização com luz, o que reforça a relação deste fenômeno com as paredes de domínio presentes em materiais. A extensão deste fenômeno à materiais policristalinos, demonstrada neste trabalho, abre um novo caminho para o desenvolvimento de dispositivos baseados em materiais ferroelétricos controlados por luz.Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)CAPES: 1696582porUniversidade Federal de São CarlosCâmpus São CarlosPrograma de Pós-Graduação em Física - PPGFUFSCarBaTiO3Domínios ferroelétricosParedes de domínio carregadasInteração luz-matériaChaveamento da polarização com luzPropriedades dielétricasFerroelectric domainsFerroelectric charged domain wallsLight-matter interactionPolarization switching induced by lightElectric propertiesCIENCIAS EXATAS E DA TERRA::FISICA::FISICA DA MATERIA CONDENSADA::MATERIAIS DIELETRICOS E PROPRIEDADES DIELETRICASMovimento de paredes de domínio ferroelétricas com luz: descrição teórica e investigação do fenômeno em materiais policristalinosinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisOnline8eed7b90-1d1a-4432-93c7-157b243d93e0info:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Repositório Institucional da UFSCARinstname:Universidade Federal de São Carlos (UFSCAR)instacron:UFSCARORIGINALdissertação_mestrado_versão _final.pdfdissertação_mestrado_versão _final.pdfapplication/pdf10487845https://repositorio.ufscar.br/bitstream/ufscar/11647/1/disserta%c3%a7%c3%a3o_mestrado_vers%c3%a3o%20_final.pdfc4b673b824546210c57c40a7f9c03c36MD51LICENSElicense.txtlicense.txttext/plain; charset=utf-81957https://repositorio.ufscar.br/bitstream/ufscar/11647/4/license.txtae0398b6f8b235e40ad82cba6c50031dMD54TEXTdissertação_mestrado_versão _final.pdf.txtdissertação_mestrado_versão _final.pdf.txtExtracted texttext/plain144894https://repositorio.ufscar.br/bitstream/ufscar/11647/5/disserta%c3%a7%c3%a3o_mestrado_vers%c3%a3o%20_final.pdf.txt69960b9dc5828505102e8ab21c2b6d97MD55THUMBNAILdissertação_mestrado_versão _final.pdf.jpgdissertação_mestrado_versão _final.pdf.jpgIM Thumbnailimage/jpeg6917https://repositorio.ufscar.br/bitstream/ufscar/11647/6/disserta%c3%a7%c3%a3o_mestrado_vers%c3%a3o%20_final.pdf.jpg3f01e80f429ee92c8614a5af56ce9c6cMD56ufscar/116472023-09-18 18:31:23.046oai:repositorio.ufscar.br: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Repositório InstitucionalPUBhttps://repositorio.ufscar.br/oai/requestopendoar:43222023-09-18T18:31:23Repositório Institucional da UFSCAR - Universidade Federal de São Carlos (UFSCAR)false |
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