گرمای ویژه و پذیرفتاری الکتریکی لایه‌های نازک فروالکتریک

نویسندگان

1 دانشگاه اصفهان

2 دانشگاه گیلان

3 دانشگاه فنی دلفت

چکیده

لایه‌های فروالکتریک را با استفاده از مدل آیزینگ در یک میدان عرضی، با تقریب میدان میانگین، مورد بررسی قرار دادیم. یک فیلم N لایه‌ای با تقارن مکعبی ساده را در نظر بگیرید که با نزدیکترین همسایه خود برهم‌کنش دارد. فرض می‌کنیم که قدرت تبادل شبه اسپینها و میدان عرضی لایه‌های سطحی آن نسبت به لایه‌های کپه‌ای متفاوت باشد. با این مدل می‌توان روابط مناسبی برای گرمای ویژه و پذیرفتاری الکتریکی به دست آورد. در این لایه‌ها، دمای کوری لایه نسبت به دمای کوری کپه می‌تواند به هر مقدار بالاتر یا پایینتر انتقال یابد.

اگر قدرت تبادلی سطح به اندازه کافی بزرگ باشد،  حتی وقتی که مقدار میدان عرضی به بزرگتر از حالت بحرانی برسد هنوز گذار فاز به حالت فروالکتریک صورت می‌گیرد. قله کپه‌ای گرمای ویژه در دمای کوری لایه ناپیوسته است. اگر قدرت تبادلی سطح از مقدار بحرانی بزرگتر شود، یک منحنی در دمای کوری کپه مشاهده می‌شود. چنانکه در مورد پذیرفتاری کپه داریم پذیرفتاری لایه نیز در دمای کوری واگرا خواهد شد، ولی با واگرایی کمتر.  از طرف دیگر اگر قدرت تبادلی سطح به مقدار بحرانی افزایش یابد قله خمیده‌ای در دمای کوری کپه به وجود می‌آید. هنگامی‌که ضخامت لایه کوچک یا تعداد لایه‌های سطحی بزرگتر شود، مشخصات کپه‌ای گرمای ویژه و پذیرفتاری الکتریکی ضعیفتر و مشخصات سطحی محسوستر خواهند شد.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Specific Heat and Dielectric Susceptibility of Ferroelectric Thin Films

چکیده [English]

In this paper, ferroelectric thin films, described by an ising model in a transverse field, have been studied under the mean-field approximation. We discuss a thin film composed of N-layer film of simple cubic symmetry with nearest-neighbor exchange in which the exchange strength and transverse field are assumed to be different from the bulk values in Ns surface layers, and we derive and illustrate expression for specific heat and susceptibility. In such films, the Curie temperature can shift to either lower or higher temperature compared with the corresponding bulk value. If the surface exchange strength is strong enough, there is still a phase transition to ferroelectricity even when the transverse field is larger than the bulk critical value. The bulk peak of the specific heat becomes a discontinuity at the film curie temperature. There is a rounded peak at the bulk curie temperature if the surface exchange strength is higher than the critical value.

The film susceptibility still diverges at the film Curie temperature, as does the bulk susceptibility, but its magnitude is reduced. Also there is a rounded peak at the bulk Curie temperature when the surface exchange strength exceeds the critical value. The bulk related character of the specific heat and susceptibility is less pronounced and the surface – related character is more pronounced when the film thickness is small, or the surface – layer number is large.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Lithium–ion battery
  • Iron–Manganese Phosphate
1. Thacheray M.M., David W.I.F., Burce P.G., Goodenough J.B., Mater Res. Bull. 18 (1983) 461.
2. Li W., Reimers J.N., Dahn J.R., Solid state inonics 67 (1993) 121.
3. Tarascon J.M, J. Electroochem Soc. 145 (1998) 194.
4. Gao Y., Dahn J. R., J. Electrochem. Soc. 143( 1996) 100.
5. Gummov R.J., de Kock A., Thackeray M.M., Solid state ionic 69 (1994).
6. Schooman J., Tuller H.L., J. of power Sources 81-82 (2001).
7. Vegard L., Kristallographi 67 ( 1928) 239.
8. Geller S., Durand J.L., Acta Cryst. 13 (1960) 325.