= Načrtovanje napetosti in domenskih struktur v epitaksialnih tankih plasteh relaksorskih feroelektrikov = [[ARRSProjekti/2020/SeznamARRSProjekti2020|Nazaj na seznam za leto 2020]] ---- === Oznaka in naziv projekta === N2-0149 Načrtovanje napetosti in domenskih struktur v epitaksialnih tankih plasteh relaksorskih feroelektrikov<
>N2-0149 Strain and domain structure engineering in epitaxial relaxor ferroelectric thin films === Logotipi ARRS in drugih sofinancerjev === {{https://www.ijs.si/ijsw/ARRSProjekti/SeznamARRSProjekti?action=AttachFile&do=get&target=ARRS_logotip.jpg|© Javna agencija za raziskovalno dejavnost Republike Slovenije|height="150",width="349"}} === Projektna skupina === Vodja projekta: '''doc. dr. Matjaž Spreitzer''' '''Sodelujoče raziskovalne organizacije: '''[[https://www.sicris.si/public/jqm/prj.aspx?lang=slv&opdescr=search&opt=2&subopt=403&code1=cmn&code2=auto&psize=10&hits=1&page=1&count=&id=18139&slng=&search_term=N2-0149&order_by=|Povezava na SICRIS]] '''Sestava projektne skupine: '''[[https://www.sicris.si/public/jqm/prj.aspx?lang=slv&opdescr=search&opt=2&subopt=402&code1=cmn&code2=auto&psize=10&hits=1&page=1&count=&id=18139&slng=&search_term=N2-0149&order_by=|Povezava na SICRIS]] === Vsebinski opis projekta === Vsebinski opis projekta Razumevanje narave domenskih struktur na nano-skali in njihovega razvoja pod vplivom zunanjih sil je ključnega pomena za praktično uporabnost relaksorskih feroelektrikov. V projektu bomo raziskali in razjasnili prispevek domenskih struktur in napetosti, zaradi različnih velikosti osnovne celice substrata in plasti, k piezoelektrični in feroelektrični učinkovitosti prototipske relaksorske feroelektrične tanke plasti Pb(Mg1/3Nb2/3) O3-x% PbTiO3 (PMN-xPT). S tem bomo prispevali k razvoju visoko zmogljivih nano-materialov za mikro-elektro-mehanske-sisteme (MEMS) in naprave za shranjevanje energije. Ideja je, da za stabilizacijo monoklinske strukture s kemijsko sestavo na morfotropni fazni meji (MPB) in kompleksnim domenskim stanjem uporabimo dvoosno napetost in termično napetost v ravnini substrata. V volumskem PMN-xPT je znano, da tako domensko stanje spremljata izrazit dielektričen in piezoelektričen odziv. Defekti v strukturi, ki nastanejo med procesom rasti, so prav tako pomemben parameter, ki ga je potrebno upoštevati / optimizirati in kombinirati z napetostjo v tankih plasteh, saj majhna sprememba feroelektrične strukture lahko vodi do ogromnih sprememb v funkcionalnih lastnostih. Nadzor nad epitaksialno napetostjo na atomskem nivoju in poglobljeno razumevanje njenega vpliva na strukturo zahtevata visoko-kakovostne vzorce brez piroklornih faz, priprava katerih je velik izziv. Osnovni podatki sofinanciranja so dostopni na spletni strani. [[https://www.sicris.si/public/jqm/search_basic.aspx?lang=slv&opdescr=search&opt=2&subopt=1&code1=cmn&code2=auto&search_term=N2-0149|Povezava na SICRIS]]. === Faze projekta in opis njihove realizacije === 1. Faza Najprej se bomo lotili priprave tankih plasti PMN-xPT z različnimi stopnjami napetosti za sestave v okolici MPB za kar bomo uporabili pulzno lasersko nanašanje (PLD). Z rastjo na podlagah z definirano površino bomo tako pripravili plasti z visoko definirano kristaliničnostjo. Metoda PLD omogoča nadzor nad napetostjo, medfaznimi plastmi in razporeditvijo domen znotraj materiala s spreminjanjem parametrov rasti, substrata, debeline plasti in elektrode. Epitaksialne, visoko-kakovostne plasti imajo običajno nizke izgube toka (Ileak), kar omogoča predvsem povečanje prebojne trdnosti dielektrika (DBS) in posledično izboljšanje obnovljive energijske gostote (Ureca). S spreminjanjem napetosti in strukturnih heterogenosti na nano-nivoju tankih plasti PMN-xPT dopiranih z elementi redkih zemelj bomo izboljšali piezoelektrični odziv. Motivacija za to je nedavno odkritje presenetljivo visokega piezoelektričnega koeficienta (do ~ 4000 pC / N) na volumskem kristalu PMN-PT dopiranim s Sm. 2. Faza Drug pomemben vidik, ki ga bomo obravnavali v predlaganem projektu, je raziskava učinka medfaznih plasti v epitaksialnih multiplasteh ali super-strukturah sestavljenih iz izmeničnih tankih plasti PMN-xPT različnih sestav, kar omogoča uravnavanje fizikalnih lastnosti s spreminjanjem števila vmesnih plasti, debeline plasti in kemično modulacijo. Na podlagi nedavnega, lastnega napredka pri nadzoru rasti oksidov na Si podlagi z uporabo PLD bomo raziskali tudi integracijo PMN-PT na Si. Za razlago povezav med strukturnimi in funkcionalnimi lastnosti bomo vzorce analizirali z različnimi naprednimi tehnikami karakterizacije, z združitvijo metod občutljivih na napetosti v strukturi, defekte, elektronska stanja, kemijskega urejanja in sestave s tehnikami lokalno-električnega- in napetostnega-mapiranja. 3. Faza Dobljene rezultate bomo razložili in povezali z meritvami makroskopske dielektričnosti, energetske gostote in piezoelektričnih lastnosti. Posebno pozornost bomo namenili spremljanju napetosti v realnem času med rastjo tankih plasti PMN-xPT z in-situ merjenjem ukrivljenosti substrata, kar nam bo pomagalo pri razumevanju njegovega vpliva na mikro- in makro-skopske lastnosti materiala. Pričakovani rezultati bi pomenili preboj v proizvodnji naprav za shranjevanje energije in MEMS, ki presegajo zmogljivosti najsodobnejše tehnologije. === Bibliografske reference === BELHADI, Jamal, TRSTENJAK, Urška, URŠIČ NEMEVŠEK, Hana, DANEU, Nina, KIM, Jieun, TIAN, Zishen, KOSTER, Gertjan, MARTIN, Lane W., SPREITZER, Matjaž. Growth mode and strain effect on relaxor ferroelectric domains in epitaxial 0.67Pb(Mg1/3Nb2/3)O3−0.33PbTiO3/SrRuO3 heterostructures. ''RSC advances''. 2021, vol. 11, no. 3, str. 1222-1232. ISSN 2046-2069. DOI: [[https://dx.doi.org/10.1039/d0ra10107a|10.1039/d0ra10107a]]. [COBISS.SI-ID [[https://plus.cobiss.net/cobiss/si/sl/bib/49711107|49711107]]] BELHADI, Jamal, HANANI, Zouhair, TRSTENJAK, Urška, BOBNAR, Vid, KOSTER, Gertjan, SPREITZER, Matjaž, et al. Large imprint in epitaxial 0.67Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-0.33PbTiO3 thin films for piezoelectric energy harvesting applications. Applied physics letters. [Spletna izd.]. 2022, vol. 121, no. 18, str. 182903-1-182903-6. ISSN 1077-3118. DOI: 10.1063/5.0115777. [COBISS.SI-ID 129611011] ---- [[https://www.ijs.si/ijsw/ARRSProjekti/SeznamARRSProjekti|Nazaj na seznam projektov po letih]]