RU2852922C1 - Method for forming and controlling ferroelastic domain structure in monocrystalline plate of ferroelastic, ferroelectric-ferroelastic or ferromagnet-ferroelastic - Google Patents
Method for forming and controlling ferroelastic domain structure in monocrystalline plate of ferroelastic, ferroelectric-ferroelastic or ferromagnet-ferroelasticInfo
- Publication number
- RU2852922C1 RU2852922C1 RU2024138836A RU2024138836A RU2852922C1 RU 2852922 C1 RU2852922 C1 RU 2852922C1 RU 2024138836 A RU2024138836 A RU 2024138836A RU 2024138836 A RU2024138836 A RU 2024138836A RU 2852922 C1 RU2852922 C1 RU 2852922C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- ferroelastic
- crystal plate
- ferroelectric
- domain structure
- fixing plates
- Prior art date
Links
Abstract
Description
Изобретение относится к оптике и может быть использовано в оптических устройствах, интегральных схемах, системах записи и считывания информации, в волоконно-оптической связи и в лазерных проекционных системах. Контролируя механическое переключение доменов, иначе - формирование двойников, с микроскопической или субмикронной точностью возможно влиять на механические, оптические, электрические и магнитные свойства материала. Управление доменной структуры в кристалле сегнетоэластика, сегнетоэлектрика-сегнетоэластика или ферромагнетик-сегнетоэластика обеспечивает возможность изготовления интегрированных оптических элементов (волноводов, модуляторов частоты и фазы света) в фотонных микросхемах, высокочувствительных датчиков деформаций, давления, температуры, а также прецизионных пьезо- и электрооптических преобразователей. Это, в свою очередь, облегчает производство высокоэффективных и экономически доступных оптических устройств, микросенсоров, электромеханических актюаторов, робототехники, медицинского оборудования.This invention relates to optics and can be used in optical devices, integrated circuits, data recording and reading systems, fiber-optic communications, and laser projection systems. By controlling the mechanical switching of domains, or twin formation, with microscopic or submicron precision, it is possible to influence the mechanical, optical, electrical, and magnetic properties of a material. Controlling the domain structure in a ferroelastic, ferroelectric-ferroelastic, or ferromagnetic-ferroelastic crystal enables the fabrication of integrated optical elements (waveguides, frequency and phase modulators) in photonic microcircuits, highly sensitive strain, pressure, and temperature sensors, as well as precision piezo- and electro-optical transducers. This, in turn, facilitates the production of highly efficient and affordable optical devices, microsensors, electromechanical actuators, robotics, and medical equipment.
Сегнетоэластик - материал, обладающий свойством изменять свою кристаллическую структуру при приложении механического напряжения. Эти материалы характеризуются наличием доменной структуры, где соседние домены имеют различные ориентации кристаллической решётки. Переключение между доменами происходит через так называемые двойниковые стенки. Сегнетоэлектрик-сегнетоэластик - материал, обладающий одновременно сегнетоэлектрическими и сегнетоэластическими свойствами. Он характеризуется наличием спонтанной поляризации, которая может быть изменена под действием электрического поля, и способностью изменять свою кристаллическую структуру под воздействием механического напряжения. Такие материалы находят применение в интегрированных системах, сочетающих оптические, электрические и механические свойства, например, в пьезоэлектрических преобразователях и модуляторах света. Ферромагнетик-сегнетоэластик - материал, обладающий одновременно ферромагнитными и сегнетоэластическими свойствами, т.е. демонстрирует спонтанное намагничивание, которое можно изменять под действием внешнего магнитного поля, а также способность изменять свою кристаллическую структуру под воздействием механического напряжения. Такие материалы перспективны для применения в магнитомеханических и магнитоуправляемых устройствах, например, в магнитных датчиках и спинтронике.A ferroelastic is a material that changes its crystal structure when subjected to mechanical stress. These materials are characterized by a domain structure in which adjacent domains have different crystal lattice orientations. Switching between domains occurs through so-called twin walls. A ferroelectric-ferroelastic is a material that exhibits both ferroelectric and ferroelastic properties. It exhibits spontaneous polarization, which can be altered by an electric field, and the ability to change its crystal structure under mechanical stress. Such materials are used in integrated systems that combine optical, electrical, and mechanical properties, such as piezoelectric transducers and light modulators. A ferromagnetic-ferroelastic is a material that exhibits both ferromagnetic and ferroelastic properties, i.e., Demonstrates spontaneous magnetization, which can be modified by an external magnetic field, as well as the ability to change its crystalline structure under mechanical stress. Such materials are promising for use in magnetomechanical and magnetically controlled devices, such as magnetic sensors and spintronics.
Известен способ создания оптически активного сегнетоэлектрического-сегнетоэластического устройства за счёт использования специальной оснастки, позволяющей при определённой температуре прикладывать достаточное механическое или электрическое напряжение выше коэрцитивного значения к электродам или диэлектрическим пластинам на выбранных поверхностях сегнетоэластического кристалла вдоль выбранной кристаллографической оси, чтобы индуцировать переход кристалла в состояние с иной ориентацией вектора спонтанной поляризации и (или) кристаллической решётки. Защищены варианты, в которых, используя различные комбинации упомянутых факторов, предложены переключаемые оптические затвор, дефлектор, отражатель. [US3764197A, дата публикации: 09.10.1973 г.]A method is known for creating an optically active ferroelectric-ferroelastic device by using special equipment that allows, at a certain temperature, applying a sufficient mechanical or electrical voltage above the coercive value to electrodes or dielectric plates on selected surfaces of a ferroelastic crystal along a selected crystallographic axis in order to induce a transition of the crystal to a state with a different orientation of the spontaneous polarization vector and/or crystal lattice. Versions are protected in which, using various combinations of the aforementioned factors, switchable optical shutter, deflector, and reflector are proposed. [US3764197A, publication date: 10/09/1973]
Известен способ предотвращения образования нежелательных доменов в объёме нелинейного кристалла в составе лазерной системы с источником лазерного излучения на фундаментальной длине волны. Для этого нелинейный кристалл ориентируется таким образом, чтобы пропускать излучение через третью кристаллографическую ось, а также подвергается сжатию вдоль первой кристаллографической оси с наибольшей атомной плотностью. Это создаёт градиент давления между первой и второй осями (с самой низкой плотностью), достаточный для стабилизации монодоменного состояния. Метод позволяет минимизировать вероятность формирования нежелательной доменной структуры, отличной от исходного монодоменного состояния, что критически важно для улучшения оптических характеристик, таких как эффективность преобразования частоты, стабильность генерации второй гармоники и другие нелинейно-оптические процессы. [US5166943A, дата публикации: 24.11.1992 г.]A method is known for preventing the formation of unwanted domains within the bulk of a nonlinear crystal in a laser system with a laser source operating at a fundamental wavelength. To achieve this, the nonlinear crystal is oriented so as to transmit radiation through the third crystallographic axis and is also compressed along the first crystallographic axis with the highest atomic density. This creates a pressure gradient between the first and second axes (with the lowest density) sufficient to stabilize the single-domain state. This method minimizes the likelihood of forming an unwanted domain structure different from the original single-domain state, which is critical for improving optical characteristics such as frequency conversion efficiency, second-harmonic generation stability, and other nonlinear optical processes. [US5166943A, publication date: 24.11.1992]
В качестве прототипа выбран способ формирования доменной структуры со 180-градусными стенками в монокристаллической пластине многоосного нелинейно-оптического сегнетоэлектрика, который включает следующие этапы: (1) на противоположных полярных поверхностях сегнетоэлектрической пластины формируют электроды, хотя бы один из которых выполняется по определенному рисунку, например, в виде полосового электрода с заданным периодом, (2) формируют доменную структуру в монокристаллической пластине путем приложения между электродами при воздействии повышенной температуры коэрцитивного электрического напряжения; (3) на обе стороны монокристаллической пластины с нанесёнными электродами, закрепляют фиксирующие пластины посредством клеевого состава, имеющего прочность на разрыв при сдвиговой нагрузке, воздействующей на пару «монокристаллическая пластина - фиксирующая пластина», превышающую 15 МПа, (4) затем к электродам прикладывают напряжение, приводящее к формированию доменной структуры со 180-градусными доменными стенками в соответствии с рисунком электрода. [RU2827310C1, дата публикации: 24.09.2024 г.]A method for forming a domain structure with 180-degree walls in a single-crystal plate of a multiaxial nonlinear optical ferroelectric was chosen as a prototype, which includes the following stages: (1) electrodes are formed on opposite polar surfaces of the ferroelectric plate, at least one of which is made according to a certain pattern, for example, in the form of a strip electrode with a given period, (2) a domain structure is formed in a single-crystal plate by applying a coercive electric voltage between the electrodes under the influence of an elevated temperature; (3) fixing plates are fixed to both sides of the single-crystal plate with the electrodes applied by means of an adhesive composition having a tensile strength under a shear load acting on the “single-crystal plate – fixing plate” pair exceeding 15 MPa, (4) then a voltage is applied to the electrodes, leading to the formation of a domain structure with 180-degree domain walls in accordance with the electrode pattern. [RU2827310C1, publication date: 09/24/2024]
Согласно этому способу, приложение электрического напряжения между электродами приводит к формированию доменной структуры, соответствующей рисунку электрода, в объёме нелинейно-оптического сегнетоэлектрика. Известная технология фотолитографии позволяет создавать произвольный рисунок электрода с высокой точностью и воспроизводимостью.According to this method, applying an electrical voltage between electrodes results in the formation of a domain structure corresponding to the electrode pattern within the bulk of a nonlinear optical ferroelectric. Well-known photolithography technology allows for the creation of arbitrary electrode patterns with high precision and reproducibility.
Общим недостатком прототипа и известных технических решений является невозможность формирования и управления одним или несколькими сегнетоэластическими доменами, что не позволяет с высокой точностью контролировать механические, оптические, электрические и магнитные свойства материала.A common drawback of the prototype and known technical solutions is the impossibility of forming and controlling one or more ferroelastic domains, which does not allow for high-precision control of the mechanical, optical, electrical, and magnetic properties of the material.
Техническая проблема, на решение которой направлено изобретение, заключается в необходимости управления одним или несколькими сегнетоэластическими доменами в монокристаллической пластине многоосного сегнетоэлектрика-сегнетоэластика.The technical problem that the invention is aimed at solving is the need to control one or more ferroelastic domains in a single-crystal plate of a multiaxial ferroelectric-ferroelastic.
Технический результат, на достижение которого направлено изобретение, заключается в формировании и управлении сегнетоэластическими доменами в монокристаллической пластине сегнетоэластика, сегнетоэлектрика-сегнетоэластика или ферромагнетик-сегнетоэластика с микроскопической или субмикронной точностью.The technical result, which the invention is aimed at achieving, consists in the formation and control of ferroelastic domains in a single-crystal plate of a ferroelastic, ferroelectric-ferroelastic or ferromagnetic-ferroelastic with microscopic or submicron accuracy.
Сущность изобретения заключается в следующем.The essence of the invention is as follows.
Способ формирования и управления сегнетоэластической доменной структурой в монокристаллической пластине сегнетоэластика, сегнетоэлектрика-сегнетоэластика или ферромагнетика-сегнетоэластика включает этапы, на которых: (1) на выбранные стороны монокристаллической пластины, находящейся в монодоменном состоянии, с, возможно, нанесёнными твердотельными электродами из проводящего материала, закрепляются фиксирующие пластины, (2) затем формируют сегнетоэластическую доменную структуру путём приложения механического, электрического или магнитного полей выше коэрцитивного значения в выбранном направлении. В отличие от прототипа, фиксирующие пластины имеют одну или несколько прорезей в соответствии с выбранной конфигурацией формируемой сегнетоэластической доменной структуры.A method for forming and controlling a ferroelastic domain structure in a single-crystal ferroelastic, ferroelectric-ferroelastic, or ferromagnetic-ferroelastic plate comprises the following steps: (1) fixing plates are secured to selected sides of a single-crystal plate in a single-domain state, possibly with deposited solid-state electrodes made of a conducting material; (2) the ferroelastic domain structure is then formed by applying mechanical, electric, or magnetic fields above the coercivity in the selected direction. Unlike the prior art, the fixing plates have one or more slits in accordance with the selected configuration of the ferroelastic domain structure being formed.
В качестве материала, в котором создают сегнетоэластические доменные структуры могут быть использованы сегнетоэластики, сегнетоэлектрики-сегнетоэластики, ферромагнетики-сегнетоэластики, например диоксид циркония, титанат стронция, кварц, сульфат калия, монофторид свинца, диоксид олова, представители семейств титаната свинца и титаната бария, молибдат гадолиния, дейтерированный дигидрофосфат калия, сегнетова соль, сплавы Гейслера - тройные интерметаллические соединения, обладающие гранецентрированной кубической кристаллической решёткой и имеющие химическую формулу X2YZ, где X и Y - переходные металлы, а Z - p-элемент, относящийся к III или IV группе периодической таблицы.Ferroelastics, ferroelectric-ferroelastics, ferromagnetic-ferroelastics, such as zirconium dioxide, strontium titanate, quartz, potassium sulfate, lead monofluoride, tin dioxide, representatives of the lead titanate and barium titanate families, gadolinium molybdate, deuterated potassium dihydrogen phosphate, Rochelle salt, Heusler alloys - ternary intermetallic compounds with a face-centered cubic crystal lattice and the chemical formula X 2 YZ, where X and Y are transition metals, and Z is a p -element belonging to group III or IV of the periodic table - can be used as a material in which ferroelastic domain structures are created.
Монокристаллическая монодоменная пластина сегнетоэластика, сегнетоэлектрика-сегнетоэластика или ферромагнетика-сегнетоэластика имеет на выбранных поверхностях электроды и (или) фиксирующие пластины, причём электроды и (или) фиксирующие пластины выполнены в конфигурации, обусловленной целью применения пластины. В частности, фиксирующие пластины могут быть выполнены в виде структуры со сплошными прорезями, соответствующими области формирования сегнетоэластического домена. В качестве материала электродов могут быть использованы титан, никель, хром, золото, оксид индия олова или иные твердотельные проводники. Следует отметить, что электроды могут быть нанесены в виде металлической пленки, в которой с помощью известных способов фотолитографии может быть сформирован требуемый рисунок. В качестве материала фиксирующих пластин может быть использован любой диэлектрический материал со значением модуля Юнга более 50 ГПа, предпочтительно - более 100 ГПа. В качестве таких материалов могут быть использованы: кремний, оксид алюминия, карбид кремния, оксид кремния (кварц) и нитрид алюминия. При этом для обеспечения возможности дополнительного контроля (визуального, оптического, спектрального и иного) процесса формирования сегнетоэластического домена в качестве диэлектрического материала фиксирующих пластин можно использовать прозрачные диэлектрические материалы, например стекло. Также может быть использована двухкомпонентная эпоксидная смола, из которой можно изготовить монолитный внешний твёрдый слой, фиксирующий объём пластины по всему объёму за исключением областей, необходимых для формирования сегнетоэластических доменов. Фиксирующие пластины могут иметь толщину не менее 0,1 мм.A single-crystal, single-domain ferroelastic, ferroelectric-ferroelastic, or ferromagnetic-ferroelastic plate has electrodes and/or clamping plates on selected surfaces, wherein the electrodes and/or clamping plates are configured to suit the intended use of the plate. Specifically, the clamping plates may be designed as a structure with continuous slits corresponding to the region where the ferroelastic domain is formed. Titanium, nickel, chromium, gold, indium tin oxide, or other solid-state conductors may be used as electrode materials. It should be noted that the electrodes may be deposited as a metal film, in which the desired pattern can be formed using known photolithography techniques. Any dielectric material with a Young's modulus greater than 50 GPa, preferably greater than 100 GPa, may be used as the clamping plate material. Such materials include silicon, aluminum oxide, silicon carbide, silicon oxide (quartz), and aluminum nitride. To provide additional control (visual, optical, spectral, and other) of the ferroelastic domain formation process, transparent dielectric materials, such as glass, can be used as the dielectric material for the fixing plates. A two-component epoxy resin can also be used to create a monolithic outer solid layer that fixes the plate volume throughout its entire volume, excluding the areas necessary for the formation of ferroelastic domains. The fixing plates can have a thickness of at least 0.1 mm.
Закрепление фиксирующих пластин может быть реализовано с помощью спекания, оптического контакта, сваривания или пайки, а также посредством клеевого состава, имеющего прочность на разрыв при сдвиговой нагрузке, воздействующей на пару «монокристаллическая пластина - фиксирующая пластина», превышающую 15 МПа. При этом для исключения термического воздействия на пластину перед началом процесса формирования сегнетоэластической доменной структуры и соблюдения температурного режима для закрепления фиксирующих пластин может быть использован клей ультрафиолетового отверждения, цианоакрилатный клей (этилцианоакрилат).The fixing plates can be secured by sintering, optical contact, welding, or soldering, as well as by using an adhesive with a tensile strength exceeding 15 MPa under shear loading on the "single-crystal plate-fixing plate" pair. To prevent thermal stress on the plate before the formation of the ferroelastic domain structure and to maintain the temperature regime for fixing the fixing plates, a UV-curing adhesive or cyanoacrylate adhesive (ethyl cyanoacrylate) can be used.
Формирование и управление сегнетоэластическими доменами в монокристаллической пластине осуществляют путём приложения механического, электрического или магнитного полей в выбранном направлении, соответствующих или превышающих коэрцитивное значение, что позволяет формировать и управлять сегнетоэластическими доменами в монокристаллической пластине сегнетоэластика, сегнетоэлектрика-сегнетоэластика или ферромагнетик-сегнетоэластика в точном соответствии с заданной фиксирующими пластинами конфигурацией.The formation and control of ferroelastic domains in a single-crystal plate is carried out by applying mechanical, electric or magnetic fields in a selected direction, corresponding to or exceeding the coercive value, which makes it possible to form and control ferroelastic domains in a single-crystal plate of a ferroelastic, ferroelectric-ferroelastic or ferromagnetic-ferroelastic in precise accordance with the configuration specified by the fixing plates.
Приложение механического, электрического или магнитного полей в выбранном направлении, соответствующих или превышающих коэрцитивное значение, обеспечивает прямое и обратное частичное или полное переключение сквозных сегнетоэластических доменов.Application of mechanical, electric or magnetic fields in a selected direction, corresponding to or exceeding the coercivity value, provides direct and reverse partial or complete switching of through ferroelastic domains.
Изобретение может быть выполнено из известных материалов с помощью известных средств, что свидетельствует о его соответствии критерию патентоспособности «промышленная применимость».The invention can be made from known materials using known means, which indicates its compliance with the patentability criterion of “industrial applicability”.
Изобретение характеризуется ранее неизвестной из уровня техники совокупностью существенных признаков, отличающейся тем, что для обеспечения локализации объёма формирования сегнетоэластических доменов на выбранные стороны или участки монокристаллической пластины сегнетоэластика, сегнетоэлектрика-сегнетоэластика или ферромагнетика-сегнетоэластика закрепляют фиксирующие пластины.The invention is characterized by a previously unknown set of essential features from the prior art, distinguished by the fact that in order to ensure localization of the volume of formation of ferroelastic domains, fixing plates are secured to selected sides or sections of a single-crystal plate of a ferroelastic, ferroelectric-ferroelastic, or ferromagnetic-ferroelastic.
При достижении механическим, электрическим или магнитным полем в выбранном направлении коэрцитивного значения происходит формирование сегнетоэластических доменов. Наличие фиксирующих пластин ограничивает объём формирования сегнетоэластических доменов. При смене знака механического, электрического или магнитного поля в выбранном направлении возможно частичное или обратное переключение сегнетоэластических доменов. В итоге в монокристаллической пластине сегнетоэластика, сегнетоэлектрика-сегнетоэластика или ферромагнетика-сегнетоэластика формируется стабильная сегнетоэластическая доменная с регулируемыми геометрическими параметрами, задаваемыми конфигурацией фиксирующих пластин или электродов.When a mechanical, electric, or magnetic field in a given direction reaches a coercive value, ferroelastic domains form. The presence of clamping plates limits the extent to which ferroelastic domains can form. Reversing the sign of the mechanical, electric, or magnetic field in a given direction can partially or completely switch the ferroelastic domains. Ultimately, a stable ferroelastic domain with adjustable geometric parameters, determined by the configuration of the clamping plates or electrodes, is formed in a single-crystal ferroelastic, ferroelectric-ferroelastic, or ferromagnetic-ferroelastic plate.
Благодаря этому обеспечивается достижение технического результата, заключающегося в возможности управления сегнетоэластическими доменами в монокристаллической пластине сегнетоэластика, сегнетоэлектрика-сегнетоэластика или ферромагнетик-сегнетоэластика с микроскопической или субмикронной точностью, что повышает эффективность способа управления сегнетоэластической доменной структурой в монокристаллической пластине сегнетоэластика, сегнетоэлектрика-сегнетоэластика или ферромагнетика-сегнетоэластика.This ensures the achievement of a technical result consisting in the possibility of controlling ferroelastic domains in a single-crystal plate of a ferroelastic, ferroelectric-ferroelastic or ferromagnetic-ferroelastic with microscopic or submicron accuracy, which increases the efficiency of the method for controlling the ferroelastic domain structure in a single-crystal plate of a ferroelastic, ferroelectric-ferroelastic or ferromagnetic-ferroelastic.
Изобретение обладает ранее неизвестной из уровня техники совокупностью существенных признаков, что свидетельствует о его соответствии критерию патентоспособности «новизна».The invention has a set of essential features previously unknown in the state of the art, which indicates its compliance with the patentability criterion of “novelty”.
Из уровня техники неизвестен способ формирования сегнетоэластической доменной структуры в монокристаллической пластине сегнетоэластика, сегнетоэлектрика-сегнетоэластика или ферромагнетика-сегнетоэластика, при осуществлении которого на выбранных сторонах или участках монокристаллической пластины, закрепляют фиксирующие пластины.The prior art does not disclose a method for forming a ferroelastic domain structure in a single-crystal plate of a ferroelastic, ferroelectric-ferroelastic, or ferromagnetic-ferroelastic, in which fixing plates are secured to selected sides or sections of the single-crystal plate.
Ввиду этого изобретение соответствует критерию патентоспособности «изобретательский уровень».In view of this, the invention meets the patentability criterion of “inventive step”.
Изобретение поясняется следующими фигурами.The invention is illustrated by the following figures.
Фиг. 1А - Принципиальная схема варианта осуществления способа: крепление фиксирующих пластин на монодоменную монокристаллического пластину сегнетоэлектрика-сегнетоэластика, обладающую поляризацией, направленной вдоль [00] кристаллографического направления, для формирования сегнетоэлектрического-сегнетоэластического домена с поляризацией, направленной вдоль [00] кристаллографического направления, при приложении механического напряжения по [010] оси.Fig. 1A - Schematic diagram of an embodiment of the method: fastening fixing plates to a single-domain single-crystal plate of a ferroelectric-ferroelastic material having a polarization directed along [00 ] crystallographic direction, to form a ferroelectric-ferroelastic domain with polarization directed along [0 0] crystallographic direction, when applying mechanical stress along the [010] axis.
Фиг. 1Б - Монодоменная монокристаллическая пластина сегнетоэлектрика-сегнетоэластика с закрепленными фиксирующими пластинами.Fig. 1B - Single-domain single-crystal plate of ferroelectric-ferroelastic with fixed fixing plates.
Фиг. 1В - Монодоменная монокристаллическая пластина сегнетоэлектрика-сегнетоэластика с закрепленными фиксирующими пластинами, к которым приложено растягивающее механическое напряжение, в результате чего образовался сегнетоэластический домен.Fig. 1B - A single-domain single-crystal plate of a ferroelectric-ferroelastic with fixed fixing plates to which a tensile mechanical stress is applied, resulting in the formation of a ferroelastic domain.
Фиг. 1Г - Монодоменная монокристаллическая пластина сегнетоэлектрика-сегнетоэластика с закрепленными фиксирующими пластинами, к которым приложено сдавливающее механическое напряжение, в результате чего сегнетоэластический домен исчез.Fig. 1G - A single-domain single-crystal plate of a ferroelectric-ferroelastic with fixed fixing plates to which a compressive mechanical stress is applied, as a result of which the ferroelastic domain disappears.
Фиг. 2А - Принципиальная схема варианта осуществления способа: крепление фиксирующих пластин на монодоменную монокристаллического пластину сегнетоэлектрика-сегнетоэластика, обладающую поляризацией, направленной вдоль [00] кристаллографического направления, для формирования сегнетоэлектрического-сегнетоэластического домена с поляризацией, направленной вдоль [010] кристаллографического направления, при приложении механического напряжения по [010] оси.Fig. 2A - Schematic diagram of an embodiment of the method: fastening fixing plates to a single-domain single-crystal plate of a ferroelectric-ferroelastic material having a polarization directed along [ 00] crystallographic direction, to form a ferroelectric-ferroelastic domain with polarization directed along the [010] crystallographic direction, when applying mechanical stress along the [010] axis.
Фиг. 2Б - Принципиальная схема варианта осуществления способа: крепление фиксирующих пластин с двумя прорезями на монодоменную монокристаллического пластину сегнетоэлектрика-сегнетоэластика, обладающую поляризацией, направленной вдоль [00] кристаллографического направления, для формирования двух сегнетоэлектрических-сегнетоэластических доменов с поляризацией, направленной вдоль [00] кристаллографического направления, при приложении механического напряжения по [010] оси.Fig. 2B - Schematic diagram of an embodiment of the method: fastening fixing plates with two slots to a single-domain single-crystal plate of a ferroelectric-ferroelastic material having a polarization directed along [00 ] crystallographic direction, to form two ferroelectric-ferroelastic domains with polarization directed along [0 0] crystallographic direction, when applying mechanical stress along the [010] axis.
Фиг. 2В - Принципиальная схема варианта осуществления способа: крепление фиксирующих пластин с двумя прорезями на монодоменную монокристаллического пластину сегнетоэлектрика-сегнетоэластика, обладающую поляризацией, направленной вдоль [00] кристаллографического направления, для формирования двух сегнетоэлектрических-сегнетоэластических доменов с поляризацией, направленной вдоль [010] и [00] кристаллографического направления, при приложении механического напряжения по [010] оси.Fig. 2B - Schematic diagram of an embodiment of the method: fastening fixing plates with two slots to a single-domain single-crystal plate of a ferroelectric-ferroelastic material having a polarization directed along [00 ] crystallographic direction, to form two ferroelectric-ferroelastic domains with polarization directed along [010] and [0 0] crystallographic direction, when applying mechanical stress along the [010] axis.
Для иллюстрации возможности реализации и более полного понимания сути изобретения ниже представлен вариант его осуществления, который может быть любым образом изменен или дополнен, при этом настоящее изобретение ни в коем случае не ограничивается представленным вариантом.To illustrate the possibility of implementation and a more complete understanding of the essence of the invention, an embodiment of it is presented below, which can be changed or supplemented in any way, while the present invention is in no way limited to the presented embodiment.
Изобретение поясняется примером реализации предлагаемого способа.The invention is illustrated by an example of implementation of the proposed method.
В качестве монодоменной монокристаллической пластины сегнетоэлектрика-сегнетоэластика берут монодоменную монокристаллическую пластину 1 сегнетоэлектрика титаната бария толщиной 1 мм и линейными размерами 10×5 мм, вырезанную перпендикулярно полярной оси [001] и имеющую отполированные верхнюю и нижнюю поверхности (001) и (00), соответственно.As a single-domain single-crystal plate of a ferroelectric-ferroelastic, a single-domain single-crystal plate 1 of a ferroelectric barium titanate with a thickness of 1 mm and linear dimensions of 10×5 mm, cut perpendicular to the polar axis [001] and having polished upper and lower surfaces (001) and (00 ), respectively.
На обе поверхности (001) и (00) пластины 1 закрепляют фиксирующие пластины 2 , например из стекла, обладающего толщиной 1 мм и общими линейными размерами, например, 12×6 мм, с помощью клея ультрафиолетового отверждения. В пластинах 2 должны быть сделаны прорези 3 для ограничения области формирования сегнетоэластического домена 4 в соответствии с выбранной конфигурацией. При этом фиксирующие пластины 2 должны быть выполнены в конфигурации, учитывающей выбранный вариант формирования сегнетоэластического домена.On both surfaces (001) and (00 ) plates 1 are secured to fixing plates 2 , for example, made of glass with a thickness of 1 mm and overall linear dimensions of, say, 12 x 6 mm, using ultraviolet-curing adhesive. Slots 3 must be made in plates 2 to limit the region of formation of the ferroelastic domain 4 in accordance with the selected configuration. In this case, fixing plates 2 must be made in a configuration that takes into account the selected variant of formation of the ferroelastic domain.
Затем, пластину 1 с закреплёнными фиксирующими пластинами 2 с прорезями 3 растягивают вдоль [010] кристаллографического направления. При достижении растягивающим механическим напряжением коэрцитивного значения в пластине 1 происходит формирование сегнетоэластического домена 4 , поверхностные размеры которого ограничены закреплёнными фиксирующими пластинами.Then, plate 1 with fixed fixing plates 2 with slots 3 is stretched along the [010] crystallographic direction. When the tensile mechanical stress reaches the coercive value, a ferroelastic domain 4 is formed in plate 1 , the surface dimensions of which are limited by the fixed fixing plates.
При приложении к пластине 1 с закреплёнными фиксирующими пластинами 2 с прорезями 3 вдоль [010] кристаллографического направления сдавливающего механического напряжения, превышающего обратное коэрцитивное значение, происходит процесс исчезновения сегнетоэластического домена 4 .When a compressive mechanical stress exceeding the inverse coercive value is applied to plate 1 with fixed fixing plates 2 with slots 3 along the [010] crystallographic direction, the process of disappearance of the ferroelastic domain 4 occurs.
Благодаря этому обеспечивается достижение технического результата, заключающегося в управлении сегнетоэластическими доменами в монокристаллической пластине сегнетоэластика, сегнетоэлектрика-сегнетоэластика или ферромагнетик-сегнетоэластика с микроскопической или субмикронной точностью.This ensures the achievement of a technical result consisting in the control of ferroelastic domains in a single-crystal plate of a ferroelastic, ferroelectric-ferroelastic or ferromagnetic-ferroelastic with microscopic or submicron accuracy.
Claims (13)
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2852922C1 true RU2852922C1 (en) | 2025-12-16 |
Family
ID=
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5519802A (en) * | 1994-05-09 | 1996-05-21 | Deacon Research | Method for making devices having a pattern poled structure and pattern poled structure devices |
| RU2371746C1 (en) * | 2008-05-21 | 2009-10-27 | ГОУ ВПО Уральский государственный университет им. А.М. Горького | Method of forming domain structure in single-crystal wafer of non-linear optical ferroelectric material |
| RU2439636C1 (en) * | 2010-10-13 | 2012-01-10 | Общество с ограниченной ответственностью "Лабфер" | Method of forming domain structure in monocrystalline wafer of nonlinear-optic ferroelectric material |
| RU2827310C1 (en) * | 2023-10-26 | 2024-09-24 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина" | Method of forming domain structure with 180-degree walls in monocrystalline plate of multiaxial nonlinear optical ferroelectric |
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5519802A (en) * | 1994-05-09 | 1996-05-21 | Deacon Research | Method for making devices having a pattern poled structure and pattern poled structure devices |
| RU2371746C1 (en) * | 2008-05-21 | 2009-10-27 | ГОУ ВПО Уральский государственный университет им. А.М. Горького | Method of forming domain structure in single-crystal wafer of non-linear optical ferroelectric material |
| RU2439636C1 (en) * | 2010-10-13 | 2012-01-10 | Общество с ограниченной ответственностью "Лабфер" | Method of forming domain structure in monocrystalline wafer of nonlinear-optic ferroelectric material |
| RU2827310C1 (en) * | 2023-10-26 | 2024-09-24 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина" | Method of forming domain structure with 180-degree walls in monocrystalline plate of multiaxial nonlinear optical ferroelectric |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Nakamura et al. | Ferroelectric domain inversion caused in LiNbO3 plates by heat treatment | |
| JP4825847B2 (en) | Optical element and manufacturing method thereof | |
| US5142186A (en) | Single crystal domain driven bender actuator | |
| US4109359A (en) | Method of making ferroelectric crystals having tailored domain patterns | |
| JPH10503602A (en) | Fabrication of patterned polarized dielectric structures and devices | |
| Scrymgeour et al. | Cascaded electro-optic scanning of laser light over large angles using domain microengineered ferroelectrics | |
| JP4174377B2 (en) | Optical element | |
| EP4462182A2 (en) | Method for manufacturing of patterned srb4bo7 and pbb407 crystalls | |
| CN103534635B (en) | Bulk electro-optic element based on giant electro-optic coefficient material and fine structure and its manufacturing method | |
| Shur | Nano-and microdomain engineering of lithium niobate and lithium tantalate for piezoelectric applications | |
| RU2852922C1 (en) | Method for forming and controlling ferroelastic domain structure in monocrystalline plate of ferroelastic, ferroelectric-ferroelastic or ferromagnet-ferroelastic | |
| Le Gall et al. | Low Field Anisotropic Magnetostriction Single Domain Exchange-Coupled (TbFe/Fe) Multilayers: Static And Dynamical Properties | |
| JPS62252983A (en) | Apparatus and method for doubling frequency | |
| Shur | Lithium niobate and lithium tantalate-based piezoelectric materials | |
| JP7127472B2 (en) | Manufacturing method of wavelength conversion element | |
| Miyazawa | Optical crystals survived in information technology systems | |
| Ealey et al. | Fundamentals of deformable mirror design and analysis | |
| US20090009854A1 (en) | Wavelength conversion devices | |
| US5748361A (en) | Ferroelectric crystal having inverted domain structure | |
| Sorokin et al. | The regular domain structure in LiNbO3 and LiTaO3 | |
| Izuhara et al. | Low-voltage tunable TE/TM converter on ion-sliced lithium niobate thin film | |
| RU2827310C1 (en) | Method of forming domain structure with 180-degree walls in monocrystalline plate of multiaxial nonlinear optical ferroelectric | |
| Kopperschmidt | Tunable band gaps in electro-optical photonic bi-oriented crystals | |
| Eda et al. | Novel composite piezoelectric materials using direct bonding techniques | |
| US7405512B2 (en) | Acoustic transducers having localized ferroelectric domain inverted regions |