一种基于光学特性的铁电晶体的三维定向方法技术

本申请公开了一种基于光学特性的铁电晶体的三维定向方法。方法为：获取测试晶片切割面最强衍射峰代表的晶面指数(h1k1l1)；采用X射线定向仪获取(h1k1l1)晶面与测试晶片的切割面之间的偏角，获得晶面指数为(h1k1l1)的切割面；对(h1k1l1)晶面进行抛光，采用正交偏光显微镜观察抛光晶片的消光现象，确定抛光晶片自发极化在(h1k1l1)晶面投影的方向；利用自发极化在(h1k1l1)投影方向确定另一晶面(h2k2l2)和(h1k1l1)的交线方向[uvw]；利用晶面(h1k1l1)和两晶面的交线方向[uvw]，获取晶体的三维方向。解决了没有劳厄晶体定向仪也能准确的对铁电晶体进行三维定向。晶体进行三维定向。

【技术实现步骤摘要】
一种基于光学特性的铁电晶体的三维定向方法


[0001]本申请涉及一种基于光学特性的铁电晶体的三维定向方法，属于晶体


技术介绍

[0002]晶体材料是由结晶物质构成的固体材料，其所含的原子、离子、分子或基团等具有周期性的规则排列和平移对称性，即单晶材料。单晶材料在尖端科学技术中有广泛的应用，晶体材料包括铁电晶体、激光晶体、半导体晶体、闪烁晶体、电光晶体、声光晶体、磁光晶体等。晶体的最大特征是各向异性，晶体的物理性质也是各向异性的，比如光学、电学、力学等物理性能都是有方向性的。因此，晶体在使用时必须明确晶向，这就需要对晶体进行三维定向。
[0003]目前大多数使用的晶体都是人工晶体。人工晶体依据生长的方法不一，很多晶体是没有自然生长面的，例如提拉法、坩埚下降法生长的晶体都是圆柱状晶体，这给晶体的三维定向带来了困难。圆柱状晶体的定向，采用最广泛的是劳厄定向法。劳厄晶体定向仪能快速确定晶体的三维方向，但劳厄晶体定向仪价格昂贵，很多研究单位缺少相关设备，不利于广泛使用，耽误了研究周期。其次是X射线定向仪法等。X射线定向仪可以测定已知晶面和某结晶面的偏差，但需要预先知道某晶面的大致晶面指数，并只能对已知晶面进行精确一维定向，没有三维定向功能。因此，在劳厄晶体定向仪稀缺的情况下，需要一种简便的晶体三维定向方法。

技术实现思路

[0004]本申请的目的是在不使用价格昂贵的劳厄晶体定向仪的情况下，仅通过铁电晶体的光学特征进行铁电晶体的三维定向。在众多晶体材料中，铁电晶体是一类存在自发极化的晶体材料。正交偏光显微镜可以用来观察铁电晶体中的消光现象，通过消光规律可以确定晶体自发极化方向，而铁电晶体自发极化方向和其结晶学对称性密切相关。因此，可以利用铁电晶体的光学特性来对铁电晶体进行三维定向。
[0005]根据本申请的一个方面，提供了一种基于光学特性的铁电晶体的三维定向方法，包括以下步骤：
[0006]1)从待测铁电晶体上切割测试晶片；
[0007]2)获取所述测试晶片切割面的X射线衍射图谱，确定测试晶片的X射线衍射图谱中最强衍射峰代表的晶面指数(h1k1l1)；
[0008]3)采用X射线定向仪获取(h1k1l1)晶面与所述测试晶片的切割面之间的偏角，对所述切割面进行修正，获得晶面指数为(h1k1l1)的切割面；
[0009]4)对(h1k1l1)晶面进行抛光至厚度≤200μm，采用正交偏光显微镜观察抛光晶片的消光现象，确定抛光晶片自发极化在(h1k1l1)晶面投影的方向；
[0010]5)利用自发极化在(h1k1l1)投影方向确定另一晶面(h2k2l2)和(h1k1l1)的交线方向[uvw]；
[0011]6)利用晶面(h1k1l1)和两晶面的交线方向[uvw]，获取晶体的三维方向。
[0012]具体地，从待测晶体上任意切割一块晶片；获取晶片切割面的全谱X射线衍射图谱，和晶体的全谱粉末X射线衍射图谱比照，确定晶片的全谱X射线衍射图谱中最强衍射峰代表的晶面指数(h1k1l1)；采用普通X射线定向仪确定最强衍射峰所属的晶面与晶片切割面之间的夹角，通过调整切割角度切割出晶面指数为(h1k1l1)的晶片；对(h1k1l1)晶片进行研磨抛光，厚度≤200μm，采用正交偏光显微镜观察抛光晶片的消光现象，采用正交偏光显微镜观察晶片的消光现象，确定自发极化方向；利用自发极化在(h1k1l1)投影方向确定另一晶面(h2k2l2)和(h1k1l1)的交线方向[uvw]；利用晶面(h1k1l1)和两晶面的交线方向[uvw]就可以确定晶体的三维方向。
[0013]本申请中，所述的晶面指数用(hkl)表示，不同晶面用不同下标表示。
[0014]可选地，所述待测铁电晶体为无自然生长面的单晶，即所述的待测晶体是没有自然生长面的大单晶，无法通过自然生长面直观地确定晶体的三维晶向，例如提拉法、坩埚下降法生长的圆柱状晶体。
[0015]可选地，所述待测铁电晶体具有自发极化。
[0016]可选地，所述X射线衍射图谱的获取装置为粉末X射线衍射仪。
[0017]可选地，所述粉末X射线衍射仪包括测试晶面固定装置、X射线发射装置、信号接收装置和角度测量装置。
[0018]可选地，所述正交偏光显微镜包括起偏器、检偏器和载物台；
[0019]所述起偏器与检偏器呈正交结构；
[0020]所述载物台可360
°
旋转。
[0021]可选地，所述的晶面(h2k2l2)和晶面(h1k1l1)的晶面夹角δ，满足：
[0022]三斜晶系：三斜晶系：
[0023]其中S
11
＝b2c2sin2α；
[0024]S
22
＝a2c2sin2β；
[0025]S
33
＝a2b2sin2γ；
[0026]S
12
＝abc2(cosαcosβ
‑
cosγ)；
[0027]S
23
＝a2bc(cosβcosγ
‑
cosα)；
[0028]S
13
＝ab2c(cosαcosγ
‑
cosβ)；
[0029]单斜晶系：
[0030]正交晶系：
[0031]三方晶系：三方晶系：
[0032]四方晶系：
[0033]六方晶系：
[0034]立方晶系：
[0035]其中a、b、c、α、β、γ为晶胞参数，d1、d2为晶面(h1k1l1)和晶面(h2k2l2)的晶面间距，V为晶胞体积。
[0036]可选地，所述晶面(h2k2l2)和晶面(h1k1l1)的交线方向[uvw]满足：
[0037]u＝k1l2–
l1k2；
[0038]v＝l1h2–
h1l2；
[0039]w＝h1k2–
k1h2。
[0040]本申请能产生的有益效果包括：
[0041]1)本申请所提供的三维定向方法，通过常用的X射线衍射仪、普通X射线定向仪和偏光显微镜就可以完成对晶体的三维定向。本申请无需昂贵的劳厄晶体定向仪，也可以满足三维定向的要求。
[0042]2)本申请所提供的三维定向方法，具有操作简单、效率高、晶体损耗小的特点。
附图说明
[0043]图1为本申请实施例1至3中提供的铁电晶体三维定向方法流程图；
[0044]图2为本申请实施例1至3中提供的待测晶体样品的粉末X射线衍射图；
[0045]图3为本申请实施例1～3中提供的晶片X射线衍射图谱，其中(a)图为实施例1获得的任意切割面的X射线衍射图谱、(b)图为实施例1获得的切割面修正后的(111)面X射线衍射图谱、(c)图为实施例2获得的任意切割面的X射线衍射图谱、(d)图为实施例2获得的切割面修正后的(110)面X射线衍射图谱、(e)图为实施例3获得的任意切割面的X本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于光学特性的铁电晶体的三维定向方法，其特征在于，包括以下步骤：1)从待测铁电晶体上切割测试晶片；2)获取所述测试晶片切割面的X射线衍射图谱，确定测试晶片的X射线衍射图谱中最强衍射峰代表的晶面指数(h1k1l1)；3)采用X射线定向仪获取(h1k1l1)晶面与所述测试晶片的切割面之间的偏角，对所述切割面进行修正，获得晶面指数为(h1k1l1)的切割面；4)对(h1k1l1)晶面进行抛光至厚度≤200μm，采用正交偏光显微镜观察抛光晶片的消光现象，确定抛光晶片自发极化在(h1k1l1)晶面投影的方向；5)利用自发极化在(h1k1l1)投影方向确定另一晶面(h2k2l2)和(h1k1l1)的交线方向[uvw]；6)利用晶面(h1k1l1)和两晶面的交线方向[uvw]，获取晶体的三维方向。2.根据权利要求1所述的三维定向方法，其特征在于，所述待测铁电晶体为无自然生长面的单晶。3.根据权利要求1所述的三维定向方法，其特征在于，所述待测铁电晶体具有自发极化。4.根据权利要求1所述的三维定向方法，其特征在于，所述的晶面(h2k2l2)和晶面(h1k1l1)的晶...

【专利技术属性】
技术研发人员：何超，张文杰，苏榕冰，王祖建，杨晓明，
申请(专利权)人：中国科学院福建物质结构研究所，
类型：发明
国别省市：