Детальная информация

Объект исследования –  сегнетоэлектрические материалы семейств PMN-xPT и PZT x% с формулами 1-x Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-xPbTiO3 и Pb(Zr1 xTix)O3 соответственно. Цель работы –  разработка и реализация методов компьютерного моделирования петель гистерезиса сегнетоэлектриков для прогнозирования их поведения в различных температурных и частотных режимах. В результате исследования были измерены петли гистерезиса для материалов PMN-20PT, PZT 4.1%, PMN-33PT и PZT 19% в широком диапазоне частот и температур. Установлено, что с ростом частоты коэрцитивное поле увеличивается, а поляризация насыщения уменьшается. Температурные зависимости показали, что при снижении температуры коэрцитивное поле возрастает, а поведение поляризации насыщения зависит от типа материала. Реализовано компьютерное моделирование петель гистерезиса на основе модели Прейсаха, которое продемонстрировало высокую эффективность в описании экспериментальных данных. Программная реализация выполнена в среде MATLAB с использованием принципов объектно-ориентированного программирования. Новизна работы заключается в применении метода Прейсаха для моделирования сегнетоэлектрических материалов и в экспериментальном исследовании их свойств в различных условиях. Результаты работы могут быть использованы в материаловедении, микро- и наноэлектронике, а также при проектировании устройств на основе сегнетоэлектриков, таких как энергонезависимая память, датчики и актуаторы.

The object of study is ferroelectric materials of the PMN-xPT and PZT x% with the formulas 1-x Pb(Mg₁/₃Nb₂/₃)O₃ - xPbTiO₃ and Pb(Zr₁₋ₓTiₓ)O₃, respectively. The aim of the work is the development and implementation of computer modeling methods for ferroelectric hysteresis loops to predict their behavior under various temperature and frequency conditions. As a result of the study, hysteresis loops were measured for PMN-20PT, PZT 4.1%, PMN-33PT, and PZT 19% materials over a wide range of frequencies and temperatures. It was found that as frequency increases, the coercive field increases, while the saturation polarization decreases. Temperature dependencies showed that as temperature decreases, the coercive field increases, and the behavior of saturation polarization depends on the material type. Computer modeling of hysteresis loops based on the Preisach model was implemented, demonstrating high efficiency in describing experimental data. The software implementation was carried out in MATLAB using object-oriented programming principles. The novelty of the work lies in the application of the Preisach method for modeling ferroelectric materials and in the experimental study of their properties under various conditions. The results can be used in materials science, micro- and nanoelectronics, as well as in the design of ferroelectric-based devices such as non-volatile memory, sensors, and actuators.