Ảnh hưởng của điện trường ngoài và khuyết tật dạng vết nứt đến phân cực sắt điện của PbTiO3

Tóm tắt

Nghiên cứu này sử dụng phương pháp tối ưu hóa cấu trúc nguyên tử dựa trên mô hình vỏ - lõi để khảo sát sự phụ thuộc của phân cực điện trong PbTiO₃ (PTO) vào điện trường ngoài và sự xuất hiện của khuyết tật. Kết quả cho thấy, mối quan hệ giữa độ phân cực điện P và điện trường ngoài E, được minh họa qua đường cong điện trễ, với các thông số đặc trưng: trường điện kháng E_c=±0,115 eV/Å, độ phân cực dư P_r=±86,8 µC/cm² và độ phân cực bão hòa P_s=±101,21 µC/cm². Sự xuất hiện của vết nứt làm P_r giảm lần lượt từ 34,9, 40,2 và 31,2% đối với các kích thước vết nứt a×c, a×2c và 2a×c, trong khi E_c giảm 21,7% (a×c), 18,3% (a×2c), nhưng tăng 16,5% ở trường hợp 2a×c. Đồng thời, ứng suất tại E_c giảm 40,6% (từ 7,2 xuống 4,28 GPa), phản ánh sự gián đoạn cấu trúc. Kết quả không chỉ làm rõ cơ chế phân cực của PTO mà còn cung cấp cơ sở lý thuyết quan trọng để tối ưu hóa thiết kế thiết bị sắt điện, đặc biệt là bộ nhớ truy cập ngẫu nhiên không mất dữ liệu khi ngắt nguồn (FeRAM), cảm biến và các hệ thống điện tử điều khiển chính xác. Nghiên cứu đồng thời gợi mở hướng phát triển trong việc phân tích tương tác giữa khuyết tật cấu trúc và điện trường ngoài trong vật liệu sắt điện.