Dielectric and elastic response of perovskites: modelling and simulation

Abstract

Nesta tese é estudada a resposta elástica e elétrica das perovskitas. As perovskitas são amplamente utilizadas em aplicações técnicas, sendo fundamental na eletrônica e no campo relativamente novo da nanoeletrônica. Elas representam um desafio muito interessante do ponto de vista teórico, devido a uma série de questões ainda não resolvidas. Dois problemas são tratados com diferentes abordagens teóricas. O primeiro problema é focado no comportamento elástico anômalo do CaTiO3 em torno de 200 K. A dinâmica molecular é usada para simular a resposta elástica de uma configuração de monodomínio e polidomínio de CaTiO3 usando o potencial interatômico Vashishta - Rahman. O comportamento anômalo é reproduzido, mas nenhuma mudança estrutural foi detectada. Utilizando a análise não-linear de séries temporais é mostrado que tais anomalias são dinâmicas e são geradas pelo movimento das paredes de domínio. O segundo problema tratado é mais geral e refere-se à resposta dielétrica não-linear. Dois modelos para o movimento de paredes de domínio são propostos com o qual é possível reproduzir os efeitos da intensidade do campo elétrico e frequência, e comportamento transientes. No primeiro modelo, a parede de domínio é considerada como uma membrana esticada. As relações de dispersão e dependência da permissividade com campo elétrico são derivadas. Com este modelo é possível reproduzir o comportamento histerético do permissividade em função do campo elétrico. O modelo explica corretamente o efeito do tamanho de grão na resposta dielétrica. O segundo modelo considera que a parede do domínio comporta-se como um corpo rígido que se move sob a ação de um campo de forças de potencial num meio com dissipação. Supondo que a constante dielétrica segue a dependência É α/1 (α + βE) é obtida a expressão exacta do potencial efectivo. Simulações de corrente de polarização preve corretamente uma lei de potência. O modelo é estendido para amostras polarizadas permitindo o estudo da permissividade dielétrica não-linear para campos elétricos de subswitching. Estes modelos simples para o movimento da parede de domínio podem ser muito úteis para obter informação dos parâmetros microscópicos a partir de medições dielétricas. Também poderiam ser muito úteis para separar correntes condutoras de mecanismos de polarização, especialmente em filmes finos ferroelétricos.