Tóm tắt Luận án Tiến sĩ Cơ học: Tính chất cơ lý của vật liệu sắt điện ở kích thước nano mét

Mục đích nghiên cứu đề tài là xác định quy luật ảnh hưởng của biến dạng cơ học, nhiệt độ, kích thước, ảnh hưởng đồng thời của biến dạng và nhiệt độ đến tính phân cực của vật liệu sắt điện; Tạo và điều khiển xoáy phân cực đơn trong sợi nano và hạt nano sắt điện ứng dụng trong lưu trữ dữ liệu để giảm kích thước và tăng dung lượng bộ nhớ.

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI Trần Thế Quang TÍNH CHẤT CƠ LÝ CỦA VẬT LIỆU SẮT ĐIỆN Ở KÍCH THƯỚC NANO MÉT Ngành: Cơ học Mã số: 9440109 TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ CƠ HỌC Hà Nội – 2022 Cơng trình hoàn thành tại: Trường Đại học Bách khoa Hà Nội Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS Đỗ Văn Trường Phản biện 1: Phản biện 2: Phản biện 3: Luận án bảo vệ trước Hội đồng đánh giá luận án tiến sĩ cấp Trường họp Trường Đại học Bách khoa Hà Nội Vào hồi …… giờ, ngày … tháng … năm ……… Có thể tìm hiểu luận án thư viện: Thư viện Tạ Quang Bửu - Trường ĐHBK Hà Nội Thư viện Quốc gia Việt Nam MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài Hiện nay, ứng dụng phổ biến vật liệu sắt điện dùng nhớ truy cập ngẫu nhiên không liệu ngắt nguồn (FRAM) Một số PbTiO3 (PTO) có độ phân cực tự phát, nhiệt độ chuyển pha cao lượng chuyển đổi phân cực điện thấp Nhiều ứng dụng tụ điện dự trữ lượng cao, nhớ màng sắt điện PbTiO3 dung lượng lớn có vị trí quan trọng hướng nghiên cứu quan tâm Tuy nhiên, để nâng cao độ tin cậy, chất lượng màng sắt điện, ảnh hưởng yếu tố biến dạng, nhiệt, điện trường đến tính phân cực điện cần khảo sát, phân tích đánh giá Mặt khác, với yêu cầu giảm kích thước hình học phải đảm bảo chức làm việc nhằm tăng cường sức mạnh tổng thể cho thiết bị, linh kiện lưu trữ liệu trở ngại lớn cần giải Do màng sắt điện kích thước 100 nano mét xuất xoáy phân cực, làm khả lưu trữ liệu loại bỏ Cho đến nay, chưa có nghiên cứu cụ thể làm sáng tỏ vấn đề Do đó, luận án quan tâm nghiên cứu vật liệu sắt điện PbTiO3 nhằm nâng cao chất lượng, độ tin cậy, giảm kích thước tăng dung lượng lưu trữ cho FRAM, với mục tiêu: Khảo sát, phân tích ảnh hưởng biến dạng học, nhiệt, điện trường đến tính phân cực đường cong điện trễ cấu trúc khối; Nghiên cứu, cách tạo điều khiển xoáy phân cực đơn cho vật liệu sắt điện PbTiO3 kích thước nano mét; Phân tích đánh giá ảnh hưởng biến dạng, khuyết tật hình học (vết nứt, lệch tường miền) đến xốy phân cực đơn Mục đích, đối tượng phạm vi nghiên cứu 2.1 Mục đích - Xác định quy luật ảnh hưởng biến dạng học, nhiệt độ, kích thước ảnh hưởng đồng thời biến dạng nhiệt độ đến tính phân cực vật liệu sắt điện; - Tạo điều khiển xoáy phân cực đơn sợi nano hạt nano sắt điện ứng dụng lưu trữ liệu để giảm kích thước tăng dung lượng nhớ 2.2 Đối tượng nghiên cứu phạm vi nghiên cứu + Đối tượng: Vật liệu sắt điện PbTiO3 (PTO) + Phạm vi nghiên cứu: - Ứng dụng phương pháp mô nguyên tử vỏ - lõi khảo sát, phân tích ảnh hưởng yếu tố như: biến dạng học, nhiệt, kích thước đến tính chất sắt điện kích thước khối; - Nghiên cứu xây dựng xốy phân cực đơn phân tích ảnh hưởng biến dạng, khuyết tật hình học (vết nứt, sai lệch tường miền) đến xoáy phân cực đơn kích thước nano mét Phương pháp nghiên cứu Sử dụng phương pháp mô số Ý nghĩa đề tài + Ý nghĩa khoa học: - Xây dựng thơng số hàm mơ hình vỏ - lõi phương pháp mô phỏng; - Bằng phương pháp mơ số khảo sát, phân tích yếu tố ảnh hưởng đến đường cong điện trễ qua tìm quy luật, dự báo xu hướng thay đổi phân cực điện Đề xuất phương pháp lưu trữ liệu dựa xoáy phân cực đơn sợi nano hạt nano sắt điện; - Kết nghiên cứu đóng góp thêm vào sở khoa học cho hướng nghiên cứu phát triển sử dụng làm tài liệu tham khảo nghiên cứu vật liệu ứng dụng lưu trữ liệu + Ý nghĩa thực tiễn: - Dựa kết ảnh hưởng yếu tố khảo sát, để đưa giải pháp tương ứng linh kiện đòi hỏi độ phân cực cao dự báo khả ứng dụng vật liệu thiết bị điều kiện làm việc khác nhau; - Xây dựng quy trình tạo điều khiển xốy phân cực đơn sợi nano giải pháp thu nhỏ đáng kể kích thước nhớ màng sắt điện, làm sở định hướng nghiên cứu nhằm tăng dung lượng nhớ lên nhiều lần hệ Các điểm luận án - Phân tích, đánh giá ảnh hưởng biến dạng học, nhiệt độ ảnh hưởng đồng thời chúng đến đường cong điện trễ PbTiO3; - Xây dựng mối quan hệ điện trường E độ phân cực điện P (đường cong điện trễ P-E); - Xây dựng điều khiển xốy phân cực đơn kích thước nano mét, giải pháp thu nhỏ kích thước vật lý ô nhớ, tăng khả lưu trữ FRAM; - Phân tích ảnh hưởng biến dạng học khuyết tật hình học (vết nứt, sai lệch tường miền) đến xoáy phân cực đơn Nội dung luận án Ngoài phần mở đầu kết luận, luận án gồm chương: Chương Tổng quan vật liệu sắt điện phương pháp mô Chương Xác định hàm mơ hình vỏ - lõi cho vật liệu sắt điện PbTiO3 ứng dụng khảo sát phân cực điện Chương Nghiên cứu cách tạo xoáy phân cực đơn cho vật liệu PbTiO3 kích thước nano mét Chương Khảo sát ảnh hưởng biến dạng khuyết tật hình học đến xoáy phân cực đơn Chương TỔNG QUAN VỀ VẬT LIỆU SẮT ĐIỆN VÀ PHƯƠNG PHÁP MÔ PHỎNG 1.1 Đặt vấn đề Sự đời, cấu trúc phạm vi ứng dụng vật liệu sắt điện Quá trình, xu hướng nghiên cứu vấn đề cịn tồn thu nhỏ linh kiện sử dụng vật liệu sắt điện PbTiO3 Phân tích ưu, nhược điểm phương pháp mô số sử dụng để nghiên cứu tính chất sắt điện PbTiO3 1.2 Khái niệm đặc tính vật liệu sắt điện 1.2.1 Vật liệu sắt điện Khái niệm sắt điện nhóm vật liệu mang tính chất phân cực điện tự phát, tương ứng với khái niệm sắt từ nhóm vật liệu mang tính chất từ có đặc tính: - Phân cực tự phát (Ps) thay đổi chiều độ lớn tác dụng điện trường tạo nên đường cong điện trễ; - Ps bị triệt tiêu nhiệt độ lớn nhiệt độ chuyển pha (Tc); - Sự chuyển vị tương đối ion, hình thành mơ men lưỡng cực điện thuận nghịch, nguồn gốc phân cực điện (Ps) 1.2.2 Cấu trúc tinh thể vật liệu sắt điện A Vật liệu sắt điện, công thức chung B O ABO3 với vị trí A, B cation có bán O O O O kính khác có cấu trúc z y O O hình 1.1 x (b) (a) Hình 0.1 Mơ hình mạng tinh thể vật liệu sắt điện ABO3: 1.2.3 Phân cực tự phát (a) Cấu trúc mạng tinh thể; (b) Cấu trúc ô đơn vị Độ phân cực (P) xác định mật độ mô men lưỡng cực điện đơn vị thể tích: p (1.3) P =  i (C cm2 ) V V Trong đó: P độ phân cực, pi mơ men lưỡng cực nguyên tử thứ i, V thể tích đơn vị 2+ 4+ 2- II II III I III I Miền phân cực 1.2.4 Miền phân cực sắt điện (Domain) (domain) Trong tinh thể vùng có véc tơ phân cực định hướng giống gọi miền z phân cực (domain) Vùng ngăn cách hai x o domain gọi tường miền phân cực Tường miền 90 DW (domain wall-DW) Các DW phân cách hai 180 DW(a) phân cực (DW) (b) domain có véc tơ phân cực định hướng ngược Hình 1.2 Mơ hình miền phân cực vng góc với gọi (domain) tường miền phân cực tường miền phân cực tường miền phân cực 180o (180o DW) (DW):(a) 180o (180oDW), (b) tường miền tường miền phân cực 90o (90o DW) phân cực 90o (90oDW) 1.2.5 Quá trình phân cực sắt điện Trạng thái sắt điện hình thành việc đặt vào điện trường mạnh (108-109 V/m) Đó q trình phân cực hóa, khơng thể định hướng hạt, định hướng lại domain hạt thành phần theo chiều điện trường Chất sắt điện phân cực có diện DW 1.2.6 Đường cong điện trễ Đặc trưng quan trọng vật liệu sắt điện tính chất phi tuyến mối quan hệ phân cực P điện trường E Dưới tác dụng điện E (eV/Å) trường xảy đảo chiều véc tơ phân cực Quá trình quay domain vật liệu sắt điện hình thành đường cong điện trễ, hình 1.11 o o Hình 1.11 Đường cong điện trễ (PE) vật liệu sắt điện ABO3 1.2.7 Nhiệt độ chuyển pha – nhiệt độ Curie Trong hầu hết vật liệu sắt điện có nhiệt độ chuyển pha gọi điểm Curie hay nhiệt độ chuyển pha, Tc Tính sắt điện tồn T < Tc, T > Tc, tinh thể khơng cịn tính sắt điện 1.2.8 Quan hệ biến dạng phân cực Quan hệ biến dạng - phân cực gây thay đổi mạng tinh thể (tỉ lệ c/a), tính phân cực điều kiện học thay đổi 1.3 Một số vật liệu sắt điện (ABO3) điển hình 1.3.1 Chì Titanate (PbTiO3 - PTO) 1.3.2 Chì Zirconat Titanate {Pb(ZrxTi1-x)O3, PZT} 1.3.3 Chì Lanthanum Zirconate Titanate (PbLaZrTiO3 - PLZT) 1.3.4 Chì Magnesium Niobat {Pb(Mg1/3Nb2/3)O3 - PMN} 1.3.5 Bari Titanate (BaTiO3 - BTO) 1.4 Ứng dụng vật liệu sắt điện 1.4.1 Bộ nhớ sắt điện Bộ nhớ truy cập ngẫu nhiên sắt điện (Ferroelectric random access memory - FRAM) thay lý tưởng cho nhớ tiêu chuẩn, tốc độ truy cập nhanh, tiêu thụ điện thấp, độ bền đọc/ghi cao khả lưu trữ liệu không cần nguồn trì 1.4.2 Các ứng dụng tương lai Các ứng dụng tiềm tương lai vật liệu sắt điện giai đoạn phát triển, như: bóng bán dẫn hiệu ứng trường kim loại sắt điện (Metal ferroelectric semiconductor field effect transistor - MFSFET); kính hiển vi lực nguyên tử (AFM) sắt điện thiết bị làm mát sắt điện 1.5 Các phương pháp mô Mô số coi q trình thực nghiệm máy tính cung cấp cách tiếp cận hiệu để kết nối nghiên cứu lý thuyết thực nghiệm Đó cơng cụ mạnh mẽ để dự báo tính chất vật lý, học, nhiệt, mơ hình mơ cấp độ ngun tử với cấu trúc lý tưởng 1.5.1 Phương pháp mô sử dụng nghiên cứu 1.5.1.1 Phương pháp tính tốn nguyên lý đầu Phương pháp nguyên lý đầu có độ xác cao tồn vài hạn chế mơ hình nhỏ (vài chục ngun tử), tốn nhiều thời gian tính tốn thường tính tốn nhiệt độ K, gây khó khăn việc nghiên cứu kích thước thực nhiệt độ thay đổi 1.5.1.2 Phương pháp tính tốn mơ hình vỏ - lõi Vỏ Mơ hình vỏ - lõi với giả q thiết ion cấu tạo PbTiO q gồm phần: vỏ lõi, Lõi liên kết nguyên tử chúng (a) (b) kết nối với Hình 1.16 Mơ hình vỏ lõi nguyên tử: (a) Sơ liên kết đàn hồi, hính 1.16 đồ mơ hình hóa cấu trúc vỏ - lõi; (b) Mơ hình a) Tương tác ngun tử vỏ - lõi với vỏ mang điện tích qe lõi mang điện tích qc (nguồn: [91][92]) b) Mơ hình vỏ - lõi Tương tác lõi vỏ hai ion, gồm lõi vỏ ion tương tác với lõi vỏ ion khác (tương tác tầm xa - VLR), tương tác vỏ - vỏ ion (tương tác tầm ngắn - VSR) lõi vỏ nguyên tử kết nối tương tác đàn hồi (VCS) e c Ion Ion Lõi Lõi Vỏ Vỏ Tương tác tầm xa, ELR Tương tác tầm gần, ESR Tương tác vỏ – lõi, E CS Hình 1.18 Mơ hình minh họa ion bị phân tách thành vỏ lõi cách tương tác vỏ– lõi thông qua tương tác tĩnh điện (nguồn: [91]) c) Hàm tương tác VLR (r) = qi q j 4ππ0 rij ( 1.23 ) VSR (r) = Aexp( − rij ρ )− C rij6 ( 1.24 ) Các tương tác biểu diễn qua hàm năng, sau: 1 VCS (r) = k rij2 + k rij4 ( 1.25 ) , đó, qi, qj rij điện 24 tích nguyên tử i, j khoảng cách hai nguyên tử i, j ε0 số điện môi điều kiện chân không A, ρ, C, k2, k4 thông số hàm năng, đặc trưng cho tương tác mơ hình 1.5.2 Phương pháp tối ưu hóa Luận án sử dụng phương pháp lượng cực tiểu, phương pháp gradient liên hợp Newton-Raphson để tối ưu hóa cấu trúc PbTiO3 1.5.3 Điều kiện biên chu kỳ Điều kiện biên chu kỳ cho phép mô thực với số lượng nguyên tử tương đối nhỏ nguyên tử tương tác với tương ứng cấu trúc khối 1.6 Độ phân cực điện Luận án xác định độ phân cực điện P theo phương trình (1.35) để P= V  m qm (rm − rA ) , wm V thể tích mạng sở, qm, rm tương ứng điện tích vị trí nguyên tử thứ m rA vị trí tham chiếu lõi nguyên tử A 29 hạt lại Trọng số wm gán cho Pb, cho Ti cho O 1.7 Phần mềm sử dụng mô 1.7.1 Phần mềm Quantum espresso (QE) Phần mềm Quantum espresso (QE) phần mềm mã nguồn mở tích hợp cho mơ nguyên lý đầu 1.7.2 Phần mềm General Utility Lattice Program (GULP) General Utility Lattice Program (GULP) phân mềm mã nguồn mở mạnh mẽ cho mô ngun tử mơ hình vỏ - lõi 1.8 Kết luận chương Cấu trúc, đặc tính, phạm vi ứng dụng xu hướng phát triển vật liệu sắt điện PbTiO3 sở cho đề xuất trình bày chương 2, chương chương luận án Những phân tích chương nhằm làm sáng tỏ cấu trúc, ứng xử điều kiện làm việc ảnh hưởng yếu tố biến dạng học, nhiệt điện trường đến đặc tính sắt điện vật liệu PbTiO3 Đề xuất giải pháp sử dụng xoáy phân cực FRAM phương án làm giảm kích thước tăng dung lượng lưu trữ liệu Các thông số đầu vào cho mơ hình nghiên cứu tính tốn qua phương pháp ngun lý đầu sau đó, khảo sát sử dụng phương pháp vỏ - lõi Chương XÁC ĐỊNH HÀM THẾ NĂNG CỦA MÔ HÌNH VỎ LÕI CHO VẬT LIỆU PbTiO3 VÀ ỨNG DỤNG TRONG KHẢO SÁT SỰ PHÂN CỰC ĐIỆN 2.1 Vai trò hàm mô Hầu hết, nghiên cứu phương pháp mô vật liệu, mơ hình sở mạng tinh thể Tương tác nguyên tử biểu diễn qua hàm Vì vậy, hàm tương tác đóng vai trị quan trọng tính tốn mơ phỏng, định đến độ xác mơ hình 2.2 Thế mơ hình vỏ - lõi Các hàm mơ hình vỏ – lõi biểu diễn qua phương trình (1.23, 1.24, 1.25), gồm: Thế tương tác tầm xa VLR, tầm ngắn (gần) VSR tương tác vỏ - lõi VCS 2.3 Xác định thông số hàm mô hình vỏ - lõi cho vật liệu PbTiO3 2.3.1 Xác định thơng số vật liệu PbTiO3 từ tính tốn ngun lý đầu 2.3.1.1 Thơng số mạng tinh thể Bảng 2.1 2.2 trình bày kết tính tốn thông số mạng tinh thể tọa độ nguyên tử PbTiO3 thu qua tính tốn ngun lý đầu Bảng 2.1 Thông số mạng vật liệu PbTiO3 Thông Kết số tính tốn a(Å) c(Å) V(Å) 3,863 4,0368 60,243 Thơng số mạng tinh thể Kết tính tốn khác T.Shimada B Meyer T.Kitamura 2008 2002 2010 3,867 3,86 3,867 4,042 4,04 4,034 60,443 60,194 60,323 Sai khác lớn 0,104% -0,124% -0,33% Bảng 2.1 Tọa độ nguyên tử PbTiO3 trạng thái tứ diện Tọa độ Nguyên tử Pb Ti O O O x (Å) y (Å) z (Å) 0,0000 0,5000 0,5000 0,0000 0,5000 0,0000 0,5000 0,5000 0,5000 0,0000 0,0000 0,5337 0,0902 0,6050 0,6050 2.3.1.2 Hằng số đàn hồi Luận án sử dụng 'phương pháp lượng-biến dạng' để xác định số đàn hồi vật liệu PbTiO3 qua tính tốn ngun lý đầu Bảng 2.1 Kết tính tốn số đàn hồi Cij vật liệu PbTiO3 Hằng số đàn hồi C11 C12 C13 C33 C44 C66 Kết 287,9 117,1 92,6 100,6 62,8 107,9 T.Shimada 2008 284,3 114,6 91,6 98,7 61,0 103,1 Sai số 1,27% 2,18% 1,09% 1,93% 2,95% 4,66% 2.3.2 Các bước tối ưu hóa xác định thơng số hàm Trong phương pháp tối ưu hóa tìm thơng số hàm cho vật liệu PbTiO3 sử dụng mơ hình vỏ - lõi, hàm tính tốn đa mục tiêu có dạng sau:  f (p) − f    F ( p ) = i wi   m mt i i fi mt   ( 2.25) đó, f i mt , f i m ( p ) wi giá trị đích thu từ tính tốn ngun lý đầu, giá trị kỳ vọng trọng số 2.3.3 Kết tối ưu hóa Bảng 2.5 liệt kê thông số hàm (phương trình 1.23, 1.24, 1.25) vật liệu PbTiO3 thu qua toán tối ưu đa mục tiêu Để khẳng định độ tin cậy thông số này, tính chất học PbTiO3 lần kiểm chứng qua mơ hình vỏ - lõi Các kết thu như: Hằng số mạng tinh thể; Hằng số đàn hồi; Vị trí nguyên tử cấu trúc PbTiO3 theo tính tốn mơ hình vỏ - lõi phù hợp so với mơ hình tính toán qua phương pháp nguyên lý đầu, bảng 2.6 Theo phương trình (1.43), độ phân cực tự phát P PbTiO3 xác định 86,8 μC/cm2, sai khác chấp nhận so với bão hòa Ps = 101,21 μC/cm2; - Dưới biến dạng đơn trục zz, đường cong điện trễ mở rộng biến dạng kéo co lại biến dạng nén Ứng suất tăng điện trường tăng ứng suất nén lớn nhiều so với ứng suất kéo có cường độ biến dạng; - Dưới biến dạng đồng thời (xx= yy), đường cong điện trễ mở rộng biến dạng nén co lại biến dạng kéo Phân cực dư Pr trường điện kháng Ec tương đối nhạy cảm với biến dạng đồng thời; - Biến dạng cắt ảnh hưởng không đáng kể đến phân cực đường cong điện trễ; - Tỉ lệ c/a cấu trúc PbTiO3 tăng chịu biến dạng kéo giảm chịu nén đơn trục theo phương z, tỉ lệ thay đổi ngược lại chịu biến dạng đồng thời theo phương x, y Tuy nhiên, tỉ lệ c/a không thay đổi biến dạng cắt,xy; - Đường cong điện trễ PbTiO3 bị co lại nhiệt độ tăng bị suy biến thành đường cong đơn nhiệt độ chuyển pha; - Sự chuyển pha xảy nhiệt độ thấp có thêm ảnh hưởng biến biến dạng nén đơn trục zz phân cực tồn nhiệt độ cao nhiệt độ chuyển pha chịu biến dạng kéo đơn trục zz Chương NGHIÊN CỨU CÁCH TẠO XOÁY PHÂN CỰC ĐƠN CHO VẬT LIỆU PbTiO3 Ở KÍCH THƯỚC NANO MÉT Một số nghiên cứu cho thấy kích thước màng sắt điện đạt kích thước tới hạn, cấu trúc xuật dịng xốy phân cực Các xốy thường đối xứng ngược chiều làm triệt tiêu phân cực tổng Một ứng dụng kì vọng xốy phân cực nhớ nhằm giảm kích thước tăng mật độ lưu trữ FRAM Hiện tại, ứng dụng bỏ ngỏ chưa có phương pháp việc tạo kiểm soát xoáy phân cực Đây lý do, thúc đẩy việc tìm kiếm giải pháp hữu hiệu việc tạo điều khiển xốy phân cực kích thước nano Chân khơng 3.1 Ảnh hưởng chiều dày màng 3c Mơ hình màng PbTiO3 có kích thước z 14510c, bề mặt kết thúc y 10c PbO điều kiện biên chu kỳ áp dụng o x z cho ba phương với lớp chân không o x 3c đặt theo phương z, hình 3.1 14a Kết thu cho thấy phân bố Hình 3.1 Mơ hình màng PbTiO3 có phân cực, cấu trúc khối, véc tơ phân kích thước mặt cắt (xz) 1410c (5,43nm×4,069nm) cực dóng thẳng, song song chiều nhau, tạo nên miền phân cực đồng hướng, hình 3.2a Ngược lại, cấu trúc màng, véc 13 tơ phân cực tạo thành xoáy phân cực, xoáy có chiều ngược đối xứng với Phân cực tổng bị triệt tiêu (P = 0) trường hợp này, hình 3.2b, c, d, e h han u ua T O h r n 00 (a) 00 00 Truc 00 400 300 200 100 (e) (d) (c) (b) Hình 3.2 Phân bố phân cực PbTiO3 dạng khối màng với chiều dày khác nhau: (a) Khối có kích thước mặt cắt 1410c; (b) Màng có kích thước mặt cắt 145c; (c) Màng có kích thước mặt cắt 1410c; (d) Màng có kích thước mặt cắt 1415c; (e) Màng có kích thước 1420c 200 400 00 00 1000 Truc 3.2 Xây dựng xoáy phân cực đơn cho cấu trúc PbTiO3 kích thước nano 3.2.1 Xây dựng xoáy phân cực màng nano PbTiO3 Mơ hình khảo sát màng nano PbTiO3 với kích thước 14510c Chân khơng 180o DW Điều kiện biên chu kỳ áp dụng cho phương x, y 3c z Chiều dày lớp chân không z đặt lần số 10c z mạng để tránh tương tác y không mong muốn o x o x 3c +P -P (a) lớp vật liệu, theo phương z 14a Mơ hình thiết lập gồm 180o DW (c) o (b) hai miền phân cực 180 ngược chiều theo phương z, miền có chiều z dương (+P) bên phải o x -P +P miền có chiều âm (-P) bên (e) o (d) trái, 180 DW hình thành, hình 3.3.(a) Mơ hình khảo sát z kết minh họa o x hình 3.3 -P +P Hình 3.3 Mơ hình kết phân bố phân cực màng nano PbTiO3: (a) Mơ hình mặt cắt (x, z) màng nano với 180o DW thiết lập ban đầu; (b, c) Mơ hình kết xốy phân cực có chiều ngược kim đồng hồ; (d, e) Mơ hình kết xốy phân cực theo chiều kim đồng hồ 14 Kết khảo sát cho thấy, xoáy phân cực tâm hai nửa xoáy hai bên chu kỳ xốy liền kề có chiều xốy ngược Nếu đảo chiều véc tơ phân cực cặp 180o domain ban đầu xốy phân cực đảo chiều Do, có nhiều xốy phân cực hình thành chu kỳ xoáy, nên việc đảo chiều cho xoáy phân cực màng mỏng nano khó khăn lớn 3.2.2 Xây dựng xoáy phân cực sợi nano PbTiO3 Mơ hình khảo sát sợi 180o DW Chân khơng nano PbTiO3 thiết lập giống màng nano với 10c lớp chân không đặt 10c z z theo phương x, z Mơ hình y 14a o x 3c -P +P khảo sát kết phân bố (a) o x phân cực trình bày 14a 3a 180o DW (c) (b) hình 3.4 Kết thu xoáy phân cực đơn, lõi z xoáy phân cực nằm trung tâm hình dạng xốy o x +P -P không thay đổi lớp (d) (e) dọc theo chiều dài sợi nano Khi đổi chiều 180o z domain ban đầu, xoáy phân cực có chiều ngược lại ox -P +P Hình 3.6 Mơ hình sợi nano PbTiO3 kết phân bố phân cực: (a) Mơ hình mặt cắt (x, z) sợi nano với 180o DW thiết lập ban đầu; (b, c) Mô hình kết xốy phân cực đơn chiều ngược kim đồng hồ; (d, e) Mơ hình kết xoáy phân cực đơn theo chiều kim đồng hồ Về mặt lý thuyết sợi nano thiết lập theo kích thước màng nano, kết tương tự hình 3.5 (a), (b) Tuy nhiên, hiệu ứng bề mặt cạnh tự cấu trúc sợi, nên hai nửa xoáy hai bên quay lại, ghép với (a) (b) (c) xốy giữa, hình Hình 3.7 Sự thay đổi cấu trúc xoáy phân cực: (a) Kết xoáy thành xoáy, phân cực màng nano; (b) Kết xốy phân cực dự kiến hình 3.5(c) sợi nano; (c) Kết xoáy phân cực sợi nano 15 3.2.3 Xây dựng xoáy phân cực hạt nano PbTiO3 Với cách thiết lập tương tự, mô hình khảo sát hạt nano với lớp chân khơng đặt theo phương x, y z Kết thu xoáy phân cực đơn Hơn nữa, cấu trúc xốy với tính đối xứng ngược chiều đạt cách đảo ngược véc tơ phân cực cấu trúc 180o domain ban đầu Mặt khác, kích thước xốy phân cực thay đổi cách thay đổi kích thước mặt cắt ngang hạt nano 3.3 Phương pháp tạo xoáy điều khiển xốy phân cực đơn điện trường ngồi Để thiết lập cấu trúc 180o domain thực tế, tác giả sử dụng cặp điện trường ngồi khơng đối xứng hình 3.7a Quá trình hình thành đảo chiều xốy phân cực đơn điện trường ngồi tóm tắt sau: Cặp điện trường ngồi tác dụng lên hạt nano (hoặc sợi nano) qua điện cực, véc tơ phân cực hình thành tác dụng điện trường, cặp 180o domain ngược chiều xuất hiện, hình 3.7a Khi ngắt điện trường ngồi, xốy phân cực đơn hình Hình 3.7 Sự hình thành xốy phân cực đơn thành, hình 3.7b Khi đảo hạt nano PbTiO3 cặp điện trường ngồi khơng đối chiều xốy phân cực, xứng: (a) Mơ hình thiết lập cặp miền phân cực 180o đơn giản thay đổi chiều ngược chiều nhau; (b) Kết xoáy phân cực đơn ngược chiều kim đồng hồ; (c) Mơ hình đảo chiều cực cặp điện trường véc tơ phân cực cặp miền phân cực 180o; (d) Kết xoáy phân cực đơn theo chiều kim đồng hồ ngồi, hình 3.7c, d 3.4 Kết luận - Khi chiều dày màng hay sợi sắt điện PbTiO3 giảm 100 nano mét, dịng xốy phân cực đối xứng ngược chiều xuất Các xoáy phá vỡ định hướng miền phân cực 180o làm triệt tiêu độ phân cực; - Với cặp miền phân cực 180o ngược chiều thiết lập ban đầu: Đối với màng nano xoáy liên kết hai nửa xoáy hai bên ngược chiều hình thành; Đối 16 với sợi nano hạt nano xoáy phân cực đơn tồn tại; Chiều xoáy phân cực đơn phụ thuộc vào chiều cặp miền phân cực 180o thiết lập ban đầu; - Đề xuất cách tiếp cận để tạo điều khiển dịng xốy phân cực đơn sợi nano hạt nano điện trường trực tiếp Chương KHẢO SÁT ẢNH HƯỞNG CỦA BIẾN DẠNG VÀ KHUYẾT TẬT HÌNH HỌC ĐẾN XỐY PHÂN CỰC ĐƠN Cấu trúc xoáy phân cực đơn sợi nano sử dụng để lưu trữ liệu cho nhớ FRAM Tuy nhiên, kích thước nano, biến dạng học khuyết tật hình học (vết nứt) làm ảnh hưởng đến xốy phân cực nguyên nhân làm giảm tuổi thọ độ tin cậy thiết bị 4.1 Sự hình thành phân bố phân cực xoáy phân cực đơn Để thuận tiện cho việc khảo sát ảnh hưởng biến dạng học, khuyết tật hình học (vết nứt) đến xốy phân cực đơn, mơ hình khảo sát sợi nano PbTiO3 với kích thước 20a×5a×20c, theo phương x, y, z tương ứng Các thiết lập ban đầu thực tương tự mơ hình sợi nano mục 3.2.2 Kết thu cho thấy, xoáy phân cực đơn hình thành véc tơ phân cực từ 180o domain 90o domain Chiều phân cực xếp tạo thành dịng khép kín, hình 4.2a Sự phân bố độ lớn phân cực thành phần cấu trúc xoáy đơn, cho biết P lớn nhỏ 81,0 38,5 μC/cm2, hình 4.2b (b) (a) 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 50.7 51.5 55.5 58.0 59.2 61.4 62.5 63.8 66.7 72.0 77.1 81.0 79.3 74.4 68.5 58.6 44.3 41.5 40.6 38.5 47.9 53.1 57.6 60.7 61.8 64.0 65.5 66.7 70.2 74.7 78.2 79.6 77.5 72.3 64.1 53.7 49.3 45.8 41.5 39.3 90o domain 46.6 56.4 61.9 64.4 66.1 67.2 68.1 69.8 74.8 77.3 80.9 79.1 76.4 68.8 58.0 51.8 51.1 48.8 43.5 45.4 45.4 49.1 59.1 64.8 67.4 69.0 70.9 73.2 78.0 78.6 80.7 78.3 71.6 61.2 54.1 53.0 52.9 51.2 47.4 49.9 51.3 44.8 50.0 59.5 65.4 68.7 71.3 74.7 78.3 79.2 79.4 73.7 64.2 56.7 55.2 55.2 54.9 53.7 50.7 52.7 54.1 49.7 46.5 49.4 58.2 65.2 70.2 74.8 77.5 79.5 76.4 66.1 59.3 57.5 57.4 57.1 56.6 55.5 52.8 54.6 54.9 52.8 51.9 47.3 47.9 56.1 65.1 70.7 75.0 78.7 72.5 60.0 59.7 59.4 59.0 58.5 57.8 56.8 54.2 55.7 55.4 53.8 55.2 53.0 48.4 47.3 54.6 65.6 71.1 74.1 66.4 59.5 61.4 60.6 59.9 59.2 58.6 57.6 55.1 56.4 55.9 54.3 56.4 56.3 54.4 51.0 49.9 56.2 68.0 70.3 62.6 61.8 61.2 60.7 59.9 59.4 58.8 57.9 55.4 56.7 10 56.3 54.9 57.2 57.7 57.5 56.5 55.2 56.1 62.0 66.2 63.7 62.4 60.4 59.3 59.0 58.8 58.5 57.7 55.3 56.7 11 56.7 55.3 57.7 58.5 58.8 59.0 59.3 60.4 62.4 63.7 66.2 62.0 56.1 55.2 56.5 57.5 57.7 57.2 54.9 56.3 12 56.7 55.4 57.9 58.8 59.4 59.9 60.7 61.2 61.8 62.6 70.3 68.0 56.2 49.9 51.0 54.4 56.3 56.4 54.3 55.9 z yo 180o domain 13 56.4 55.1 57.6 58.6 59.2 59.9 60.6 61.4 59.5 66.4 74.1 71.1 65.6 54.6 47.3 48.4 53.0 55.2 53.8 55.4 14 55.7 54.2 56.8 57.8 58.5 59.0 59.4 59.7 60.0 72.5 78.7 75.0 70.7 65.1 56.1 47.9 47.3 51.9 52.8 54.9 15 54.6 52.8 55.5 56.6 57.1 57.4 57.5 59.3 66.1 76.4 79.5 77.5 74.8 70.2 65.2 58.2 49.4 46.5 49.7 54.1 x z 16 52.7 50.7 53.7 54.9 55.2 55.2 56.7 64.2 73.7 79.4 79.2 78.3 74.7 71.3 68.7 65.4 59.5 50.0 44.8 51.3 17 49.9 47.4 51.2 52.9 53.0 54.1 61.2 71.6 78.3 80.7 78.6 78.0 73.2 70.9 69.0 67.4 64.8 59.1 49.1 45.4 o 18 45.4 43.5 48.8 51.1 51.8 58.0 68.8 76.4 79.8 80.9 77.3 74.8 69.8 68.1 67.2 66.1 64.4 61.9 56.4 46.6 x 19 39.3 41.5 45.8 49.3 53.7 64.1 72.3 77.5 79.6 78.2 74.7 70.2 66.7 65.5 64.0 61.8 60.7 57.6 53.1 47.9 20 38.5 40.6 41.5 44.3 58.6 68.5 74.4 79.3 81.0 77.1 72.0 66.7 63.8 62.5 61.4 59.2 58.0 55.5 51.5 50.7 Hình 4.2 Phân bố phân cực xoáy đơn sợi nano PbTiO3 với miền phân cực 90o 180o: (a) Phân bố véc tơ phân cực xốy đơn có kích thước 20×5×20 đơn vị; (b) Giá trị phân cực thành phần xoáy đơn mặt xz (μC/Cm2) 17 4.2 Ảnh hưởng biến dạng Ở mức biến dạng nhỏ (< 6%) xốy phân cực đơn khơng bị ảnh hưởng nhiều Biến dạng kéo không làm ảnh hưởng đến phương, chiều xốy phân cực, mà làm thay đổi độ lớn phân cực Tuy nhiên, biến dạng nén lớn (≥ 10%), xoáy phân cực bị phá vỡ, hình 4.4 (a) Biến dạng 0% (e) Biến dạng 8% (b) Biến dạng 2% (c) Biến dạng 4% (d) Biến dạng 6% (f) Biến dạng 10% (g) Biến dạng -2% (h) Biến dạng -4% (i) Biến dạng -6% (k) Biến dạng -8% (m) Biến dạng -10% z o x Hình 4.4 Kết phân cực sợi PbTiO3 biến dạng kéo, nén theo phương Oz: (a) Phân bố phân cực ban đầu; (b) đến (f) phân bố phân cực với biến dạng kéo; (b) 2%; (c) 4%; (d) 6%; (e) 8%; (f) 10%; ((g) đến (m)) phân bố phân cực với biến dạng nén: (g) -2%; (h) -4%; (i) -6%; (k) -8% (m) -10% 4.3 Ảnh hưởng khuyết tật hình học (vết nứt) 4.3.1 Ảnh hưởng vết nứt tâm Mơ hình khảo sát vết nứt tâm phát triển theo phương x với kích thước vết nứt: 22c, 42c, 62c, 102c kết phân bố phân cực mơ tả hình 4.6 Kết nhận cho biết, hình thành thêm xốy bắt đầu kích thước vết nứt 20% chiều dài mẫu trở nên rõ rệt kích thước vết nứt 50% chiều dài mẫu (10a/20a), hình 4.6c, d, e f Các xốy đối xứng chiều với xốy 18 3c Chân không (a) z z 20c x +P -P o x 3c 180o DW 3a Hình 4.6 Mơ hình vết nứt tâm phát triển theo phương x kết phân bố phân cực với kích thước vết nứt khác nhau: (a) Mơ hình vết nứt tâm; (b) 2a2c; (c) 4a×2c; (d) 6a2c; (e) 8a2c; (f) 10a2c 20a 3a (d) Vết nứt 6a×2c (b) Vết nứt 2a×2c (c) Vết nứt 4a×2c (e) Vết nứt 8a×2c (f) Vết nứt 10a×2c Kết khảo sát vết nứt tâm phát triển theo phương z (dọc theo 180o DW) cho thấy, xốy phân cực bị ảnh hưởng khơng nhiều vết nứt làm thay đổi kích thước 180o DW Khi vết nứt 10%, 50% 80% chiều dài 180o DW (10c/20c), xốy phân cực khơng đổi Tuy nhiên, véc tơ phân cực thành phần bị suy giảm độ lớn, hình 4.7a, b c z o x (a) Vết nứt 2a×4c (b) Vết nứt 210c (c) Vết nứt 216c Hình 4.7 Kết phân bố phân cực vết nứt tâm phát triển theo phương z với kích thước khác nhau: (a) 2a×2c; (b) 2a×10c (d) 2a×16c 4.3.2 Ảnh hưởng vết nứt cạnh biên 4.3.2.1 Vết nứt vị trí cạnh biên phát triển theo phương x khơng đối xứng Mơ hình khảo sát với kích thước vết nứt: 2a×2c, 4a×2c, 6a×2c kết phân bố phân cực mơ tả hình 4.8 Kết cho thấy, vết nứt đạt 30% chiều dài mẫu (6a/20a) xuất thêm hai xốy hai phía (trên dưới) vết nứt ngược chiều với xốy chính, hình 4.8d 19 Hình 4.8 Mơ hình vết nứt cạnh biên phát triển theo phương x không đối xứng kết phân bố phân cực với kích thước vết nứt z khác nhau: (a) Mơ hình vết nứt; (b) đến (d) Kích thước vết nứt: 2a×2c, o x 4a×2c 6a×2c 3c 20c z x x +P -P 180o DW 3c (b) Vết nứt 2a×2c (a) 4.3.2.2 Vết nứt vị trí cạnh biên phát triển theo phương z khơng đối xứng Mơ hình khảo sát với kích thước vết nứt: 22c, 24c, 26c, 2a×8c kết phân bố phân cực (d) Vết nứt 62c (c) Vết nứt 42c mơ tả hình 4.9 Kết cho biết, xốy phân cực bị thu hẹp phần có vách miền cịn lại Kể chiều dài vết nứt chiếm tỉ lệ đến 40% chiều dài mẫu (8c/20c), hình dạng xốy khơng thay đổi, hình 4.9e 3a Hình 4.9 Mơ hình vết nứt cạnh biên phát triển theo phương z kết phân bố phân cực với kích thước vết nứt khác nhau: (a) Mơ hình vết nứt; (b) đến (e) Kích thước vết nứt: 2a2c, 24c, 26c 2a×8c 20a 3a 3c x (a) z 20c z +P o x -P 180o DW 3c 3a (b) Vết nứt 2a×2c (d)Vết nứt 2a×6c (e) Vết nứt 2a×8c 3a 20a z o x (c) Vết nứt 2a×4c 4.3.2.3 Vết nứt vị trí cạnh biên phát triển theo phương x đối xứng Mơ hình khảo sát với kích thước vết nứt là: 2a×2c, 4a×2c, 8a×2c kết phân bố phân cực mơ tả hình 4.10 Kết cho biết xoáy phân cực đơn bị phá vỡ kích thước vết nứt ≥ 20% (4a/20a) chiều dài mẫu, hình 4.10c, d Khi vết nứt có kích thước đủ lớn, phá vỡ tính liên tục 180o domain ban đầu, làm 20 tăng trường khử cực mặt biên tạo thành miền 180o, 45o, 3c 90o gây xốy phân cực Hình 4.10 Mơ hình vết nứt cạnh biên phát triển theo phương x đối xứng kết phân bố phân cực với kích thước vết nứt khác nhau: (a) Mơ hình vết nứt; (b) đến (d) Kích thước vết nứt: 2a×2c, 4a×2c 8a×2c 20c z z z +P o x x x -P 180o DW 3a (a) 3c 3a 20a (b) Vết nứt 2a×2c 4.3.2.4 Vết nứt vị trí cạnh biên phát triển theo phương z đối xứng Mơ hình khảo sát với kích thước vết nứt là: (c) Vết nứt 4a×2c (d) Vết nứt 8a×2c 4a×2c, 8a×2c, 10a×2c kết phân bố phân cực mơ tả x 3c hình 4.11 z Kết thu cho 20c biết, xoáy phân cực bị z +P -P biến dạng thu hẹp tâm (phần vách miền o x 3c 180 DW 20a 3a 3a lại) Khi vết nứt có tổng (b) Vết nứt 4a×2c (a) chiều dài 50% chiều dài mẫu (10c/20c) xuất thêm xoáy chiều với xốy chính, hình 4.11d o (d) Vết nứt 102c (c) Vết nứt 82c Hình 4.11 Mơ hình vết nứt cạnh biên phát triển theo phương z đối xứng kết phân bố phân cực với kích thước vết nứt khác nhau: (a) Mơ hình vết nứt; (b) đến (d) Kích thước vết nứt: 42c, 82c 102c 4.3.4 Ảnh hưởng khuyết tật lệch vách miền 180o (180o DW) Mơ hình khảo sát kết phân bố phân cực khuyết tật lệch 180o DW vị trí 1, 2, 3, mơ tả hình 4.12 Kết cho thấy, 180o DW vị trí 2, tâm xốy phân cực bị lệch phía có 180o domain hơn, hình 4.12, c Khi 180o DW vị trí số phân bố phân cực chia làm hai vùng: Vùng xoáy đơn; Vùng dịng xốy xen kẽ, hình 4.12, e Phần dư 180o domain ban đầu tạo nên dòng phân cực xen kẽ 21 Khi 180o DW vị trí -1, -2, -3, -4 kết cho tương ứng với vị trí 1, 2, 3, 4, tính chất đối xứng Do đó, để xốy phân cực ổn định cần đảm bảo tính đối xứng cặp 180o domain ban đầu 20a 3a 3a 180o DW 3c +P z -P 20c z o xx 3c (b) 180o DW vị trí (c) 180o DW vị trí (d) 180o DW vị trí (c) 180o DW vị trí -10-9-8-7-6-5-4-3-2-1 10 (a) z o x Hình 4.12 Ảnh hưởng lệch 180 DW đến xốy phân cực đơn: (a) Mơ hình khuyết tật lệch 180o DW; (b) đến (e) phân bố phân cực vị trí 180o DW: 1; 2; 4, tương ứng o 4.4 Kết luận Sự hình thành xốy ảnh hưởng biến dạng, khuyết tật (vết nứt, sai lệch vị trí 180o DW) đến xốy phân cực đơn sợi nano PbTiO3 phân tích đánh giá, cụ thể: - Sự hình thành phân bố véc tơ phân cực xoáy phân cực đơn sợi nano PbTiO3 làm sáng tỏ; - Quy trình tạo xốy phân cực đơn sợi nano hạt nano xây dựng Hơn nữa, việc điều khiển chiều xoáy giải quyết; - Với biến dạng đơn trục, độ lớn véc tơ phân cực thành phần xoáy tăng chịu kéo giảm chịu nén Đặc biệt, biến dạng nén ≥ 10%, xoáy phân cực đơn bị phá vỡ; - Ảnh hưởng vết nứt đến xoáy phân cực đơn phụ thuộc vào vị trí kích thước vết nứt: + Vết nứt tâm theo phương z có ảnh hưởng không nhiều; + Vết nứt cạnh biên vị trí 180o DW theo phương z (khơng đối xứng), xốy phân cực bị thu hẹp phần có vách miền liên tục lại; + Vết nứt tâm theo phương x với kích thước 50% chiều dài mẫu (10a/20a), vết nứt cạnh biên vị trí 180o DW theo phương z đối xứng với kích thước 50% tổng chiều dài mẫu (10c/20c) vết nứt cạnh biên theo phương x không đối xứng với kích thước 30% chiều dài mẫu (6a/20a), xuất thêm xoáy phân cực; + 22 Vết nứt cạnh bên đối xứng theo phương x, với kích thước 20% chiều dài mẫu (4a/20a), xoáy phân cực đơn bị triệt tiêu; - Sai lệch vị trí 180o DW làm xoáy phân cực đơn thu hẹp lại Phần dư 180o domain nhiều dịng xoáy phân cực xen kẽ lớn KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Luận án tập trung nghiên cứu vấn đề liên quan đến tính chất cơ, lý vật liệu sắt điện PbTiO3 kích thước nano dựa sở kích thước khối phương pháp mơ ngun tử sử dụng mơ hình vỏ - lõi với hàm xác định phương pháp thử làm cho khớp (fitting) dựa kết từ tính tốn ngun lý đầu Và đạt mục tiêu đề ra: Thứ nhất, luận án xây dựng thông số A, ρ, C, k2, k4 hàm vỏ - lõi cho vật liệu PbTiO3 trình bày bảng 2.5, thông số đảm bảo yêu cầu cho nghiên cứu Độ phân cực P PbTiO3 xác định 86,8 μC/cm2; Thứ hai, luận án xây dựng mối quan hệ P-E thể đường cong điện trễ PbTiO3 với kết là: trường điện kháng, Ec =  0,115 eV/Å; độ phân cực dư, Pr =  86,8 C/cm2; độ phân cực bão hòa, Ps = 101,21 C/cm2 Việc hoàn thiện đường cong điện trễ vật liệu sắt điện PbTiO3 với giá trị cụ thể Ec, Pr, Ps giúp cho việc sử dụng lượng hiệu ứng dụng lưu trữ liệu Thứ ba, luận án khảo sát, phân tích đánh giá tác động biến dạng học, nhiệt độ điện trường đến phân cực điện cấu trúc khối PbTiO3 Luận án khẳng định rằng, nhiệt độ tăng đường cong điện trễ PbTiO3 bị co lại bị suy biến thành đường cong đơn Tc (605 K) Khi T tăng Pr, Ec giảm Ec có xu hướng giảm mạnh Dưới biến dạng đơn trục theo phương z (zz) đường cong điện trễ mở rộng biến dạng kéo co lại biến dạng nén Ứng suất σzz tăng biến dạng kéo biến dạng nén, nhiên, với mức biến dạng ứng suất nén lớn nhiều so với ứng suất kéo Ngược lại với biến dạng đơn trục, biến dạng đồng thời theo phương x y (xx = yy) đường cong điện trễ mở rộng dướ biến dạng nén co lại dướ biến dạng kéo, ứng suất σzz tăng biến dạng kéo giảm biến dạng nén Biến dạng cắt theo phương x, y (xy) ảnh hưởng không đáng kể đến phân cực Đường cong điện trễ ứng 23 suất σzz khơng thay đổi; Sự chuyển pha xảy nhiệt độ thấp Tc có thêm ảnh hưởng biến biến dạng nén phân cực tồn nhiệt độ cao Tc biến dạng kéo Sự chuyển pha xảy biến dạng nén đơn trục 8% Thứ tư, luận án đề xuất phương án sử dụng xoáy phân cực đơn để lưu trữ liệu nhằm giải trở ngại giảm kích thước cho FRAM Luận án thiết lập quy trình tạo xoáy phân cực đơn sợi nano, hạt nano phương pháp điều khiển chiều xoáy đơn điện trường ngồi Luận án phân tích, đánh giá hình thành phân bố véc tơ phân cực thành phần ảnh hưởng biến dạng, khuyết tật (vết nứt, sai lệch vị trí 180o DW) đến xốy phân cực đơn sợi nano PbTiO3 Với biến dạng đơn trục, độ lớn phân cực xoáy tăng chịu kéo giảm chịu nén Đặc biệt, biến dạng nén ≥ 10%, xoáy phân cực đơn bị phá vỡ Với khuyết tật vết nứt, tùy thuộc vào vị trí kích thước vết nứt, xốy phân cực đơn khơng bị ảnh hưởng bị biến dạng tăng thêm bị triệt tiêu Với khuyết tật sai lệch vị trí 180o DW, xốy phân cực đơn thu hẹp lại hình thành thêm xốy khác Phương pháp ứng dụng xoáy phân cực đơn để lưu trữ liệu nhớ FRAM đề xuất luận án Với kiểu lưu trữ liệu mới, kích thước vật lý nhớ thu nhỏ đáng kể so với FRAM truyền thống Do đó, dung lượng nhớ tăng đáng kể hệ FRAM Quy trình tạo xốy phân cực đơn sợi nano, hạt nano xây dựng việc điều khiển chiều xoáy thực điện trường cho thấy khả ứng dụng thực tiễn hồn tồn khả thi Trong q trình tạo xốy phân cực đơn sợi PbTiO3 yếu tố làm ảnh hưởng đến chất lượng xoáy phân cực biến dạng, khuyết tật hình học (vết nứt) sai lệch vị trí 180o DW khảo sát, phân tích đánh giá Ứng dụng xốy phân cực đơn để lưu trữ liệu FRAM hướng giúp giảm đáng kể kích thước nhớ Để áp dụng vào thực tiễn cần có thêm nghiên cứu tiếp cận cách chi tiết, hướng phát triển vật liệu như: - Thực nghiệm việc xây dựng mơ hình, tạo điều khiển xoáy phân cực đơn; - Thực nghiệm ảnh hưởng biến dạng, nhiệt, khuyết tật điện trường đến xoáy phân cực đơn 24 DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH ĐÃ CƠNG BỐ CỦA LUẬN ÁN Trần Ngọc Giang, Trần Thế Quang, Vương Văn Thanh, Đỗ Văn Trường, (201 ), "Ảnh hưởng kích thước lỗ đến độ lệch phân cực vật liệu sắt điện PbTiO3 kích thước nano mét", Tuyển tập cơng trình khoa học Hội nghị Cơ học tồn quốc lần thứ , N B Khoa học tự nhiên Công nghệ, Tập 3(1), tr 322-328 Trần Ngọc Giang, Trần Thế Quang, Vương Văn Thanh, Đỗ Văn Trường, (2019), "Nghiên cứu hình thành xốy phân cực vật liệu PbTiO3 kích thước nanomet", Tuyển tập cơng trình Hội nghị khoa học toàn quốc học vật rắn lần thứ IV, N B Khoa học tự nhiên Công nghệ, tr 19 -205 Trần Thế Quang, Trần Ngọc Giang, Vương Văn Thanh, Đỗ Văn Trường (2019), "Khảo sát hình thành xốy phân cực vật liệu sắt điện kích thước nano mét, sử dụng mơ hình core-shell", Tuyển tập cơng trình khoa học Hội nghị học kỹ thuật toàn quốc, N B Khoa học tự nhiên Công nghệ, Tập 1, tr 313-319 Do Van Truong, Tran The Quang, Nguyen Hoang Linh, Nguyen Van Hoi, Vuong Van Thanh (2020), "Strain effect on hysteresis loop of PbTiO3 bulk", Proceedings of the International Conference on Engineering Research and Applications, ICERA 2019, Springer Nature Switzerland AG, LNNS 104, pp 679–685 SCOPUS Do Van Truong, Ngoc Giang Tran, Vuong Van Thanh, Tran The Quang (2020), "Deterministic control of toroidal moment in ferroelectric nanostructures by direct electrical field", Mater Res Bull., Vol 131, pp.110981(6) ISI-Q1 Trần Thế Quang, Nguyễn Văn Hội, Nguyễn Hoàng Linh, Vương Văn Thanh, Đỗ Văn Trường (2021), "Xác định hàm mơ hình vỏ - lõi cho vật liệu sắt điện PbTiO3 ứng dụng tính tốn độ phân cực", Tạp chí Khoa học Cơng nghệ trường đại học kỹ thuật Vol 31, Issue 2, tr 72-78 Trần Thế Quang, Nguyễn Hoàng Linh, Nguyễn Văn Hội, Vương Văn Thanh, Đỗ Văn Trường (2021), "Khảo sát ảnh hưởng biến dạng khuyết tật hình học đến xốy phân cực đơn sợi nano PbTiO3", Tạp chí Khoa học Công nghệ trường đại học kỹ thuật Vol 31, Issue 2, tr 108-114