Nonlinear Quantum Phenomena During the Polarization of Nanometer Layers of Proton Semiconductors and Dielectrics
УДК 534.014.5
Abstract
This paper investigates the influence of the structure and parameters of the degenerate quasi-discrete energy spectrum of relaxers (protons) on the mechanism of nonlinear quantum diffusion polarization in nanoscale layers of hydrogen bonded crystals (HBC) in a wide range of parameters of fields (100 kV/m - 1000 MV/m) and temperatures (0-1550 K). The temperature dependence of the quantum transparency of the parabolic potential barrier for protons in HBC is calculated using the Gibbs quantum canonical distribution for the ensemble of non-interacting protons (ideal proton gas balanced with the ions of anion sub-lattice) moving in an onedimensional potential field of a crystalline lattice (in the field of hydrogen bonds) with a zone structure distributed by energy levels. The influence of "zero" oscillations of protons on the temperature dependences of the proton subsystem kinetic coefficients in HBC is considered. It is revealed that proton tunneling influences the nonlinear space-charge polarization kinetics in HBC at high (150-550 K) and ultrahigh (550-1550 K) temperatures when crystalline layer thickness ranges from 1 to 10 nm. The results of theoretical studies (based on earlier experiments) are bound to be prospective for the prediction of HBC-class (KDP, DKDP) ferroelectrics properties, studying the second-order nonlinear optical effects of femtosecond lasers, and the development of memory cells for non-volatile high-speed memory devices.
Downloads
Metrics
References
Калытка В.А. Нелинейные кинетические явления при поляризации твердых диэлектриков // Вестник Московского гос. областного ун-та (МГОУ). Серия : Физика-математика. 2018. № 2. DOI: 10.18384/2310-7251-2018-2-61-75.
Трюхан Т.А., Стукова Е.В., Барышников С.В. Диэлектрические свойства триглицинсульфата в пористых матрицах // Известия Самарского научного центра РАН. Серия : Физика и электроника. 2010. Т. 12. № 4.
Абрикосов А.А. Резонансное туннелирование в высокотемпературных сверхпроводниках // Успехи физических наук. 1998. Т. 168. № 6.
Зюбина Т. С., Шилов Г.В., Добровольский Ю.А., Леонова Л.С., Мебель А.М. Моделирование протонного транспорта в ортоиодной и ортотеллуровой кислотах и их солях // Электрохимия. 2003. T. 39. № 4.
Коровин Н.В. Электрохимическая энергетика. М., 1991.
Анненков Ю.М., Ивашутенко А.С., Власов И.В., Кабышев А.В. Электрические свойства корундо-циркониевой керамики // Известия Томского политехнического ун-та. 2005. Т. 308. № 7.
Ярославцев А.Б. Протонная проводимость неорганических гидратов // Успехи химии. 1994. Т. 5. № 63.
Timofeeva N.I., Demin A.K. Modelling of SOFC Operation in Variable Regime // In 1-st European Solid Oxide Fuel Cell Forum / U. Bossel, Editor. Gottingen, 1994.
Пальгуев С.Ф. Высокотемпературные протонные твердые электролиты. Екатеринбург, 1998.
Лебедев Н.Г., Белоненко М.Б. Строение и электронная структура сегнетоэлектриков KDP-типа // Вестник Волгоградского гос. ун-та. Серия : Математика-физика. 1997. № 2.
Белоненко М.Б. Особенности нелинейной динамики лазерного импульса в фоторефрактивном сегнетоэлектрике с водородными связями // Квантовая электроника. 1998. Т. 25. № 3.
Левин А.А., Долин С.П., Зайцев А.Р. Распределение заряда, поляризация и свойства сегнетоэлектриков типа КНР24O (KDP) // Химическая физика. 1996. Т. 15.
Capasso F., Sen S., Beltram F., Cho A.Y.. Resonant Tunnelling and Superlattice Devices: Physics and Circuits// Physics of Quantum Electron Devices // Springer Series in Electronics and Photonics. 1990. Vol. 28. DOI: 10.1007/978-3-642-74751-9_7.
Калытка В.А., Мехтиев А.Д., Баширов А.В., Юрченко А.В. Нелинейные электрофизические явления в ионных диэлектриках со сложной кристаллической структурой // Известия вузов. Физика. 2020. Т. 63. № 2. DOI: 10.17223/00213411/63/2/91.
Калытка В.А. Математическое описание нелинейной релаксационной поляризации в диэлектриках с водородными связями // Вестник Самарского ун-та. Естественно-научная серия. 2017. Т. 23. № 3.
Анненков Ю.М., Калытка В.А., Коровкин М.В. Квантовые эффекты при миграционной поляризации в нанометровых слоях протонных полупроводников и диэлектриков при сверхнизких температурах // Известия вузов. Физика. 2015. Т. 58. № 1.
Калытка В.А. Теоретические методы выявления нелинейных эффектов при термостимулированной деполяризации в твердых диэлектриках // Известия Алт. гос. унта. Физика. 2019. № 4 (108).
Кулагин И.А., Ганеев Р.А., Тугушев Р.И., Ряснянский А.И., Усманов Т. Компоненты тензора нелинейных восприимчивостей третьего порядка нелинейно-оптических кристаллов KDP, DKDP и LiNbO3 // Квантовая электроника. 2004. Т. 34. № 7.
Калытка В.А., Баймуханов З.К., Алиферов А.И., Мехтиев А.Д. Зонная структура энергетического спектра и волновые функции протона в диэлектриках с протонной проводимостью // Доклады академии наук высшей школы РФ. 2017. № 2 (35). DOI: 10.17212/1727-2769-2017-2-18-31.
Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М. Курс теоретической физики. Т. 5. Статистическая физика. М., 1976.
Губкин А.Н. Физика диэлектриков. Теория диэлектрической поляризации в постоянном и переменном электрическом поле. М., 1971. Т. 1.
Лифшиц Е.М., Питаевский Л.П. Курс теоретической физики. Т. 10. Физическая кинетика. М., 1979.
Левич В.Г., Вдовин Ю.А., Мямлин В.А. Курс теоретической физики. Т. 2. Квантовая механика. Квантовая статистика и физическая кинетика. М., 1971.
Ландау Л.Д., Лифшиц Е. М. Курс теоретической физики. Т. 9. Электродинамика сплошных сред. М., 1982.
Воротилов К.А., Мухортов В.М., Сигов А.С. Интегрированные сегнетоэлектрические устройства : монография / под ред. А.С. Сигова. М., 2011.
Ziegler J.F., Biersack J.P., Ziegler M.D. SRIM — The Stopping and Range of Ions in Matter. 2012.
Xуберт А. Теория доменных стенок в упорядоченных средах / перевод с нем. М. 1977.
Струков Б.А., Леванюк А.П. Физические основы сегнетоэлектрических явлений в кристаллах. М., 1995.
Copyright (c) 2021 Валерий Александрович Калытка
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Izvestiya of Altai State University is a golden publisher, as we allow self-archiving, but most importantly we are fully transparent about your rights.
Authors may present and discuss their findings ahead of publication: at biological or scientific conferences, on preprint servers, in public databases, and in blogs, wikis, tweets, and other informal communication channels.
Izvestiya of Altai State University allows authors to deposit manuscripts (currently under review or those for intended submission to Izvestiya of Altai State University) in non-commercial, pre-print servers such as ArXiv.
Authors who publish with this journal agree to the following terms:
- Authors retain copyright and grant the journal right of first publication with the work simultaneously licensed under a Creative Commons Attribution License (CC BY 4.0) that allows others to share the work with an acknowledgement of the work's authorship and initial publication in this journal.
- Authors are able to enter into separate, additional contractual arrangements for the non-exclusive distribution of the journal's published version of the work (e.g., post it to an institutional repository or publish it in a book), with an acknowledgement of its initial publication in this journal.
- Authors are permitted and encouraged to post their work online (e.g., in institutional repositories or on their website) prior to and during the submission process, as it can lead to productive exchanges, as well as earlier and greater citation of published work (See The Effect of Open Access).
