Polare und elektromechanische Eigenschaften dünner ferroelektrischer Schichten wie Domänenstruktur und Polarisationsumschaltung unter dem Einfluss der Flexoelektrizität, Oberflächenladungen und chemischen Dehnungen, wurden mithilfe der phänomenoligischen Theorie von Landau-Ginzburg-Devonshire erforscht. Die Effekte sind einem System der dünnen ferroelektrischen Einkristallschichte mit Defekten im Kristallgitter charakteristisch, und wurden sowohl getrennt, als auch in Kombination untersucht, um ihre einzelne Einflusse, sowie ihr Zusammenwirken im berücksichtigten System festzustellen.

Untersucht wurden ferroelektrische BaTiO3 , PbTiO3 und Pb(Zr,Ti)O3 Schichten, da diese am ausführlichsten charakterisiert sind und sich vorhersagbar bei der Domänenformation und Polarisationsumschaltung verhalten, sowie die größte Anzahl der gemessenen parametrischen Koeffizienten zur Nutzung im phänomenologischen Modell besitzen. Ihr Verhalten wurde unter dem Einfluss von Flexoelektrizität (einem elektromechanischen Effekt, der die Polarisation mit dem Dehnungsgradient verbindet), von elektrischen Oberflächenladungen (die aus Oberflächenenergiezuständen entstehen oder durch eine imperfekte Elektrode verursacht werden) und von chemischen Dehnungen (die ein Resultat von Defekteinfügung sind) modelliert.

Das erste Kapitel gibt eine Übersicht der ferroelektrischen Forschungen, Anwendungen und Herausforderungen und erklärt die Herkunft und Wirkung der berücksichtigten Effekten. Ferroelektrika gehören zu den intensiv erforschten Materialien und befinden sich unscheinbar in vielen modernen elektrotechnischen Geräten. Ihre Phänomenologishe Theorie ist auf die Weiterentwicklung des Verständnisses von Prozessen, die in diesen Stoffen auftreten, gezielt. Vorherige experimentelle und theoretische Werke haben gezeigt, dass die Flexoelektrizität, Oberflächenladungen und die chemishen Dehnungen wesentlich die Festkörpermaterialien, und besonders Ferroelektrika, beeinflussen. Diese Forschung hilft zu verstehen, wie diese Effekte in den phänomenologischen Modellen repräsentiert werden können und, was wichtiger ist, wie sie miteinander wechselwirken.

Das zweite Kapitel beschreibt den theoretischen Hintergrund der Forschung. Es wird gezeigt, wie die Eigenschaften der Ferroelektrika durch thermodynamische Potentiale beschrieben werden können und in die Landau-Ginzburg-Devonshire-Theorie eingeführt sind. Alle relevanten Effekte, die in den ferroelektrischen Schichten stattfinden, sind auch im theoretischen Modell als Erscheinungen von elektromechanischen und Halbleitereigenschaften berücksichtigt. Ein Teil des Kapitels erklärt das Wirkungsprinzip der Finite-Elemente-Methode, die in der Modellierungssoftware benutzt wurde, um die Berechnungen mit der gegebenen Genauigkeit durchzuführen.

Das dritte Kapitel ist den konkreten untergesuchten Problemen gewidmet. Die Abschnitte des Kapitels sind nach den spezifischen Forschungen geteilt, konzentrierend erst auf dem flexoelektrischen Einfluss auf die statischen und dynamischen Schichteigenschaften, dann auf Oberflächenladungen, die Domänenstruktur und Umschaltungsdynamik beeinflussen, und letztens - auf den defektgesteuerten chemischen Dehnungen und ihren Einfluss auf ferroelektrischen Domäneneigenschaften, in Zusammenwirkung mit den zwei anderen Mechanismen. Die formulierten Aufgaben sind von Veröffentlichungen mit den erforschten Ergebnissen gefolgt.

Das vierte Kapitel ist die Schlussfolgerung über die Beiträge jedes untersuchten Effekts in die Domänenstrukturformation und/oder in die Polarisationsumschaltungsdynamik. Diese Ergebnisse werden angesichts der Anwendbarkeit der abstimmbaren Parameter in der Technologie diskutiert.

Das letzte Kapitel gibt einen Überblick von wissenschaftlichen Problemen und Aufgaben, die mit in dieser Arbeit beschriebenen Methoden und Ergebnissen gelöst werden könnten.