DE2364096A1

DE2364096A1 - FERROELASTIC CRYSTAL WITH ZIGZAG-SHAPED DOMAIN WALL

Info

Publication number: DE2364096A1
Application number: DE2364096A
Authority: DE
Inventors: Richard Bernard Flippen
Original assignee: EI Du Pont de Nemours and Co
Current assignee: EIDP Inc
Priority date: 1972-12-26
Filing date: 1973-12-21
Publication date: 1974-11-14
Also published as: FR2211417A1; JPS4996297A; NL7317496A; CA1017233A; JPS5924120B2; US3799648A; FR2211417B3; GB1421360A

Description

PatentanwSltesVPatentanwSltesV

Dr. Ing. Waiter Ablte
Dr. Dieter F. Morf
Dr. hans-A. Brauns 21. Dezember 1975Dr. Ing.Waiter abb
Dr. Dieter F. Morf
Dr. hans-A. Brauns December 21, 1975

86, PiwmwMrttr. 21 _CE n-zna. 86, PiwmwMrttr. 21 _CE n-zna.

E. I. DU PONT DE NEMOURS AND COMPANY lOth and Market Streets, Wilmington, Del. 19898, V.St.A.E. I. DU PONT DE NEMORS AND COMPANY 10th and Market Streets, Wilmington, Del. 19898, V.St.A.

Ferroelastischer Kristall mit zick-zaek-förmiger DomainenvrandFerroelastic crystal with a zig-zag-shaped domain edge

Die Erfindung betrifft ferroelastisehe Kristalle und Geräte, Kristalle enthalten.The invention relates to ferroelastic crystals and devices Crystals included.

Die Existenz der ierroelastizität wurde erstmals von Aizu erkannt, siehe J. Phys. Soc. Japan, ToI. 27, Seite 38? (1969). Fach lizü wird ein Kristall als ferroelastisch bezeichnet, wenn er bei Abwesenheit von mechanischem Druck zwei oder mehr spontane Dehnungs- oder ¥erzerrungs-Orientierungszustände besitzt und. durch mechanischen Druck von einem Orientierungszustand in einen anderen umgeschaltet, d. h. verändert werden kann. Die Zustände sind hinsichtlich der Kristallstruktur entweder identisch oder enantiomorph und sind hinsichtlich des Sensors für die mechanische Dehnung bei. verschwindendem mechanischen -Druck unterschiedlich. Trägt man die Spannung (Druck) gegen die Dehnung für solche Stoffe aufj so erhält man eine Hystereseschleife ähnlich der ferromagnetischer Stoffe« Ebenfalls ähnlich ferromagnetisehenThe existence of ierroelasticity was first discovered by Aizu recognized, see J. Phys. Soc. Japan, ToI. 27, page 38? (1969). Fach lizü a crystal is called ferroelastic, if, in the absence of mechanical pressure, he has two or more spontaneous elongation or distortion orientations owns and. switched from one orientation state to another by mechanical pressure, d. H. changes can be. The states are either identical or enantiomorphic in terms of crystal structure and are in terms of of the sensor for the mechanical strain. vanishing mechanical pressure different. One wears the tension (pressure) against the elongation for such substances, so one obtains a hysteresis loop similar to the ferromagnetic loop Substances «Also look similar to ferromagnetism

■ — Λ — 409846/0666■ - Λ - 409846/0666

Stoffen zeigen ferroelastisehe Stoffe gewöhnlich eine Curie-Temperatur, oberhalb der die ferro elastischen Eigenschaften nicht vorhanden sind und eine neue Phase einer unterschiedlichen Kristallstruktur vorliegt.Ferroelastic fabrics usually show a Curie temperature, above which the ferro-elastic properties are absent and a new phase of a different one Crystal structure is present.

Ein ferroelastischer Kristall kann ganz in einer einzigen Domaine vorliegen oder er kann zwei oder mehr Domainen besitzen, innerhalb denen der Dehmmgstensor gleichförmig ist. Zwei Domainen, die sich im Dehnungstensor unterscheiden, treffen sich, an einer Grenzfläche," die "Domainenwand" genannt wird und dazu neigt, in hohem Masse planar zu sein, und die in einer bestimmten kristallographisehen Ebene liegt. Solche Wände erstrecken sich gewöhnlich vollständig über den Kristall, Beim Umschalten wächst eine Domaine auf Kosten einer Hachbardomaine. Bei Wänden der oben beschriebenen Art wird das umschalten durch Bewegen der Domainwände in einer zu ihrer Ebene senkrechten Biehtung durchgeführt.A ferroelastic crystal can be made entirely in a single Domains exist or it can have two or more domains, within which the insulation tensor is uniform. Two domains that differ in the strain tensor meet called "the domain wall" at an interface becomes and tends to be highly planar and which lies in a certain crystallographic plane. Such Walls usually extend completely across the crystal. When switching, a domain grows at the expense of a hachbar domain. With walls of the type described above, switching is done by moving the domain walls in one of their Plane vertical bend performed.

Die unterschiedlichen Dehnungszustände sind thermodynamisch gleichwertig und gleich, stabil. Das Phänomen des Ums ehalt ens tritt auf Grund der geringen Energiebarriere zwischen den Zuständen auf. Dies bedeutet, dass die ferroelastischen Dehnungszustände jeweils eine geringfügig verzerrte Form eines bestimmten Prototyp-Zustandes höherer Symmetrie sind. In den meisten Fällen ist der Prototyp-Zustand der Zustand des Kristalles oberhalb der Curiepunkt-Übergangstemperatur. Die Symmetrie des Prototyp-Zustan des kann aus der Symmetrie des ferroelastischen Zustandes und der Domainenstruktur (Aizu, a.a.O.) abgeleitet werden und die möglichen Stoffe, die Ferroelastizität besitzen, können nach der Punktgruppen-Symmetrie des Prototyps und der Punktgruppen-Symmetrie der ferroelastischen Stoffe klassifiziert werden. Gemäss der Fotation von Aizu wird zuerst die Punktgruppen-Syrametrie der Prototyp-Spezies beschrieben, der ein ^5fF^lr folgt, und dann die Symmetrie der ferroelastischen. Spezies»The different expansion states are thermodynamically equivalent and the same, stable. The phenomenon of conservation occurs due to the low energy barrier between the states. This means that the ferroelastic strain states are each a slightly distorted form of a certain prototype state of higher symmetry. In most cases the prototype state is the state of the crystal above the Curie point transition temperature. The symmetry of the prototype state can be derived from the symmetry of the ferroelastic state and the domain structure (Aizu, loc. Cit.) And the possible substances that have ferroelasticity can be classified according to the point group symmetry of the prototype and the point group symmetry of the ferroelastic substances will. According to Aizu's photation, the point group syrametry of the prototype species is described first, followed by a ^5f F ^lr , and then the symmetry of the ferroelastic species. Species"

409846/0665409846/0665

cT-7376 3 236409cT-7376 3 236409

3?olgt man andererseits den von Shuvaloff, J. Biys, Soc. Japan 28 (Supplement), Seite 28 (1970 ) angewendeten Verfahren für ferroelektrisehe Stoffe, so können die Domainenwand-Orientierungen aus der Symmetrie der Prototyp-Punktgruppe und der Punktgruppe der ferroelastisehen Phase abgeleitet werden.3? On the other hand, one follows that of Shuvaloff, J. Biys, Soc. Japan 28 (Supplement), page 28 (1970) applied method for ferroelectric substances, the domain wall orientations derived from the symmetry of the prototype point group and the point group of the ferroelastic phase will.

Ein Kristall wird ferroelektrisch genannt, wenn er ein umsehalfbares, spontanes elektrisches Dipolmoment "besitzt. Bei Abwesenheit eines von aussen angelegten elektrischen Feldes kann die dem Dipolmoment entsprechende elektrische Polarisation zwei oder mehr Orientierungen besitzen und von einer Orientierung oder einem Zustand durch das äussere Anlegen eines elektrischen Feldes in eine andere Orientierung oder einen anderen. Zustand verschoben werden. !Trägt man die elektrische Polarisation gegen das elektrische Feld auf, so zeigen ferroelektrisehe Stoffe eine Hystereseschleife und im allgemeinen eine Übergangstemperatur, die "Curie-Temperatur" genannt wird und oberhalb der der Stoff paraelektrisch ist.A crystal is called ferroelectric if it has a foldable, spontaneous electric dipole moment ". In the absence of an externally applied electric field the electrical polarization corresponding to the dipole moment can have two or more orientations and of one Orientation or a state due to the external application of an electric field in a different orientation or another. State to be shifted. ! One wears the electric Polarization against the electric field, ferroelectric substances show a hysteresis loop and generally a transition temperature called the "Curie temperature" above which the substance is paraelectric.

Aiztt (a.a.O.) hat gekoppelte ferroelasti sche/f erroelektri sehe Stoffe gefunden, bei denen ferroelastisehe Domainen von der gleichen Ausdehnung wie die f erroelektri sehen Domainen vorhanden sind·, und die die gleiche Curie-Temperatur für die ferroelektrrisehen und die ferroelastisehen Eigenschaften besitzen. Solehe Kristalle können durch Anlegen von entweder elektrischer oder mechanischer Spannung umgeschaltet werden. Die Domainstrukturen und die Domainenwände werden jedoch durch die ferroelastisehen Eigenschaften vorgesehrieben.Aiztt (op. Cit.) Has coupled ferroelastic / ferroelectri see Substances found in which ferroelastic domains of the same expansion as the ferroelectric domains are present ·, and which have the same Curie temperature for the ferroelectric and have the ferroelastic properties. Brine crystals can be produced by applying either electrical or mechanical tension. However, the domain structures and the domain walls are through the ferroelastic properties are provided.

Kristalle mit gekoppelten ferroelektrisehen/ferroelastisehen Eigenschaften sind bisher in Geräten verwendet worden, bei denen die Umschalteigenschaften ausgenützt werden, durch die der Kristall von einem ferroelektii sehen/ferroelastisehen Zustand durch eine elektrische oder mechanische Spannung in einen anderen umgeschaltet werden kann, wobei die Zu-Crystals with coupled ferroelectric / ferroelastic Properties have so far been used in devices in which the switching properties are exploited by the the crystal of a ferroelektii see / ferroelastisehen State can be switched to another by an electrical or mechanical voltage, whereby the supply

- 3 -4Q9846/066S - 3 - 4Q9846 / 066S

cR-7376 ty 236409cR-7376 ty 236409

Standsänderung durch elektrische oder optische Mittel nachgewiesen wird, wie es z. B. in ÜS-PSen 3 623 031, 3 661 442, 3 559 185, 3 602 904 und 3 614 754 beschrieben ist.Change in level detected by electrical or optical means is how it z. B. in ÜS-PSen 3 623 031, 3 661 442, 3,559,185; 3,602,904; and 3,614,754.

Das Schalten von Kristallen mit ferroelastischen Eigenschaften durch seitliches Bewegen planarer Domainenwände ist ein relativ langsamer Yorgang. Obgleich in der US-PS 3 559 Vorgeschlagen wird, optische Verschlüsse aus dem ferroelastischen/ferroelektrisehen Stoff Gadoliniummolybdat unter Verwendung der optischen Eigenschaften der Domainen zu bauen, ist die Geschwindigkeit solcher Verschlüsse jedoch etwa auf die Geschwindigkeit begrenzt, die mit herkömmlichen mechanischen Verschlüssen erreicht werden.The switching of crystals with ferroelastic properties by moving planar domain walls laterally is a relatively slow process. Although U.S. Patent 3,559 suggests ferroelastic / ferroelectric optical shutters To build fabric gadolinium molybdate using the optical properties of the domains, however, the speed of such closures is roughly on limits the speed that can be achieved with conventional mechanical locks.

Es wurde nun ein neuer Typ einer Doraainenwand gefunden, der in Kristallen mit ferroelastischen Eigenschaften hervorgerufen werden kann und in dem Sinn stabil ist, dass solche Wände, wenn sie einmal gebildet sind, beim Fichtanliegen einer elektrischen oder mechanischen Spannung bestehen und innerhalb des Kristalles durch Spannung oder im Fall von gekoppelten ferroelektrischen/ferroelastisehen Stoffen durch elektrische Felder vorwärts und rückwärts verschoben werden können. Auf Grund seines Aussehens und seiner Eigenschaften wurde diesei¹ Wandtyp Zick-Zack-Wand genannt. Es wurden Wand-Beweglichkeiten von JO-Fachem und mehr der herkömmlicher planarer Wände erreicht.A new type of Doraain wall has now been found which can be produced in crystals with ferroelastic properties and which is stable in the sense that such walls, once formed, exist when an electrical or mechanical tension is applied and within the crystal by tension or, in the case of coupled ferroelectric / ferroelastic substances, can be shifted back and forth by electric fields. Due to its appearance and its properties diesei ^one wall type zigzag wall was called. Wall movability of JO-compartments and more of conventional planar walls has been achieved.

Gemäss der vorliegenden Erfindung wird ein ferroelastischex· Kristall mit einer Domainenwand zur Verfügung gestellt, die sich über den Kristall verstreckt und den Kristall in ferroelastische Doiaainen mit unterschiedlichen Dehnungszuständen unterteilt, wobei sich der ferroelastische Kristall dadurch kennzeichnet, dass die Domainenwand eine Zick-Zack-Form besitzt. According to the present invention, a ferroelasticx Crystal provided with a domain wall that stretched over the crystal and the crystal in ferroelastic Doiaainen with different states of stretch divided, whereby the ferroelastic crystal is thereby indicates that the domain wall has a zigzag shape.

Bevorzugte Kristalle mit ferroelastischen Eigenschaften sindPreferred crystals with ferroelastic properties are

5· 236409C5 x 236409C

gekoppelte ferroelastische/ferroelektrische Kristalle und insbesondere solche Kristalle, die eine einachsige spontane elektrische Polarisation zeigen. Besonders bevorzugt sind Kristalle der Seltenen-Erden-Molybdate mit der ß'-Gadoliniummolybdat-Struktur, insbesondere ß'-Gadoliniummolybdat selbst.coupled ferroelastic / ferroelectric crystals and especially those crystals which show a uniaxial spontaneous electrical polarization. Are particularly preferred Rare earth molybdate crystals with the ß'-gadolinium molybdate structure, especially β'-gadolinium molybdate self.

Die Erfindung umfasst auch Verfahren zur Herstellung der oben genannten Zick-Zack-Domainemfände in Kristallen mit ferroelastischen Eigenschaften durch Anlegen einer Scherspannung an solche Kristalle unter Bedingungen, die die Bildung normaler planarer Domainenwände verhindern. Solche Verfahren umfassen:The invention also encompasses processes for the production of the above-mentioned zigzag domains in crystals with ferroelastic Properties by applying a shear stress to such crystals under conditions conducive to normal formation prevent planar domain walls. Such procedures include:

1. Das Einspannen von Bereichen, die gegenüberliegenden Flächen eines Ein-Domaine-Kristalls eines Stoffes mit ferroelastischen Eigenschaften benachbart sind, um die Verformung des Kristalles in. den eilige spannten Bereichen zu verhindern, wobei die eingespannten Bereiche mit den zentralen nicht-eingespannten Bereich Grenzen besitzen, die parallel zu einer Zwilliiigsebene in dem Material sind, und eine anwachsende Scherspanmmg über den nicht-eingeklemmten Bereich des Kxastalls parallel su den Grenzen anlegt, bis Dosainenwände mit einer Zick~Zack-Form gebildet werden, und1. The clamping of areas, the opposing faces of a single domain crystal of a substance with ferroelastic Properties are adjacent to the deformation of the crystal in the hasty stressed areas prevent, whereby the constrained areas have boundaries with the central non-constrained area, which are parallel to a twin plane in the material, and an increasing shear tension over the non-pinched The area of the Kxa stalls is laid out parallel to the borders until the walls of the canine wall are formed with a zig-zag shape be, and

2. das Anlegen einer anwachsenden Biegespannung an einen Ein-Kristall eines Stoffes mit ferroelastisehen Eigenschaften, wobei der Kristall durch eine planare Domainenwand in eine erste Domaine und eine zweite Domaine unterteilt wird, und die Biegungs-Scherspannung senkrecht zu der planaren Domainenwand besteht und erhöht wird, bis sich die planare Domainenwand in eine Zick-Zack-Form verwandelt.2. the application of increasing bending stress to a single crystal a substance with ferroelastic properties, wherein the crystal is divided into a first domain and a second domain by a planar domain wall, and the bending shear stress perpendicular to the planar domain wall exists and is increased until the planar domain wall turns into a zigzag shape.

Zum besseren Verständnis der Erfindung sind Zeichnungen beigelegt. Es zeigen.For a better understanding of the invention, drawings are attached. Show it.

- 5 409848/0865 - 5 409848/0865

L 236409c L 236409c

CB-7376CB-7376

Fig. 1 und 2 Photomikrographien rrsn Zick-Zack-Wänden in Kristallen,Figs. 1 and 2 photomicrographs rrsn zigzag walls in Crystals,

SIg. J5 eine Zeichnung einer Zick-Zack-Wand in einem Kristall,SIg. J5 a drawing of a zigzag wall in a crystal,

4-1 5a» 5b und 5c Verfahren zur Erzeugung von Zick-Zack-V/änden in einem kristallinen Stoff mit ferroelastischen Eigenschaften,4-1 5a »5b and 5c Methods for creating zigzag edges in a crystalline substance with ferroelastic properties,

Fig. 6 ein Kurvenbild, bei dem für einen Domainemvand in einem ferroelastischen Stoff die Wandgeschwindigkeit gegen die angelegte Spannung aufgetragen ist,Fig. 6 is a graph in which for a Domainemvand in a ferroelastic material is plotted against the wall velocity against the applied voltage,

Fig. 7 die Bewegung einer Zick-Zack-Wand über einen Kristall, und7 shows the movement of a zigzag wall over a crystal, and

Fig. 8 einen optischen Schalter, bei dem ein Kristall eines Stoffes mit ferroelastischen Eigenschaften verwendet wurde, der eine erfindungsgeraässe Zick-Zack-Wand enthält8 shows an optical switch in which a crystal of a substance with ferroelastic properties was used, which contains a zigzag wall according to the invention

Fig. 1 zeigt eine Photomikrographie einer Zick-Zack-Wand in einer Halb-Wellen-Platte, die aus ß'-Gadoliniummolyhdat hergestellt ist, das ein gekoppelter ferroelektrischer/ ferroelästischer Stoff mit den Aizu-Spezies Z£2mF__2 ist. Die Platte ist senkrecht zu der c-Achse geschnitten, d. h. zu der (OOi)-Achse der elektrischen Polarisation (nachfolgend "c-geschnittene Platte"genannt). Die Photographie vrarde mit polarisiertem Licht aufgenommen, wobei der Polarisator und der Analysator parallel zu einer der (i10)-Ebenen ausgerichtet waren, wodurch Licht, das von beiden Domainen durchgelassen wurde, ausgelöscht wurde. Die Polarisationseigenschaften der Kristallplatte unterscheiden sich in der Nähe der Domainenwand von denen der umgebenden Domainen₅ wodurch die Domainenwand als weisse Linie auf einem dunklen Feld beobachtet wird» Die allgemeine Richtung der Zick-Zackist parallel zu einer der (110)-Eichtungen und die Wand1 shows a photomicrograph of a zigzag wall in a half-wave plate made from β'-gadolinium molybdate, which is a coupled ferroelectric / ferroelastic material with the Aizu species Z £ 2mF__2. The plate is cut perpendicular to the c-axis, that is, to the (OOi) -axis of the electrical polarization (hereinafter referred to as "c-cut plate"). The photograph was taken with polarized light with the polarizer and analyzer aligned parallel to one of the (i10) planes, thereby extinguishing light transmitted by both domains. The polarization properties of the crystal plate differ in the vicinity of the domain wall from those of the surrounding domains ₅ whereby the domain wall is observed as a white line on a dark field »The general direction of the zigzag is parallel to one of the (110) directions and the wall

409846/Ö6'6T^r~~~ —-409846 / Ö6'6T ^r ~~~ ---

cE-7376 f. 236409CcE-7376 f. 236409C

"bewegt sich beim Anlegen einer elektrischen oder mechanischen Spannung, die dazu neigt, eine der durch die Wand getrennten Domainen zu "begünstigen, im wesentlichen als eine Einheit entlang der anderen der (iiO)-Ebenen."moves when you put on an electrical or mechanical Stress tending to "favor one of the domains separated by the wall, essentially as a unit along the other of the (iiO) planes.

Fig. 2 ist eine Photomikrographie einer e-geschnittenen Viertel-Wellen-Platte von ß'-Gadoliniunmiolybdat, die durch eine Zick-Zack-Wand in zwei Domainen unterteilt ist. Die Photographie ist mit polarisiertem Licht unter Verwendung eines Analysator^ für zirkular-polarisiertes Licht aufgenommen, der so angeordnet war, dass das von der einen Domaine durchgelassene Licht ausgelöscht wurde, während das von der anderen Domaine durchgelassene Licht durchgelassen wurde.Figure 2 is a photomicrograph of an e-cut quarter-wave plate of ß'-Gadoliniunmiolybdat, which by a Zigzag wall is divided into two domains. The photograph is recorded with polarized light using an analyzer ^ for circularly polarized light, which was arranged in such a way that the light transmitted by one domain was extinguished, while that of the transmitted light was transmitted through another domain.

Fig. 3 zeigt eine Zeichnung eines Kristalles, der eine e-geschnittene Platte-ist, deren Kristallflächen an ihren Bändern parallel zu dem (i10)-Ebeneiisatz sind. Die kristallographisehen Richtungen werden in der Figur angezeigt. Die Platte 1 besitzt drei Domainen 2, 3 und 4, die durch eine planare Domainenwand 6 und eine Zick-Zack-Wand 5 getrennt sind. Die Kanten a, c, e usw., die einen Satz von Zick-Zack-Spitzen bilden, liegen im wesentlichen in einer Ebene, die eine Zwillings-Ebene ist und eine herkömmliche Domainenwaud, wie etwa eine Domainenwand 6, tragen kann. In ähnlicher V/eise bilden die Kanten b, d und f einen anderen Satz von Spitzen, die in einer zweiten Ebene parallel zu der Zwillings-Ebene der herkömmlichen Domainenwand 6 liegen. Der Abstand zwischen der die Kanten a, c und e enthalt en en Ebene und der die Kanten b, d, f enthaltenen Ebene wird als Breite "w" der Wand bezeichnet. Die Breite w kann sogar für das gleiche Material weit schwanken. 3h Ga do lini ummolyb dat z. B. kann w von 100 bis 4000 Mikron betragen. Der Abstand zwischen den Zick-Zack-Kanten, z. B. von a bis c, c bis e, b bis d oder d bis f ist für eine gegebene Wand äusserst gleichförmig. Dieser Abstand wird die teilung "p" genannt. Die Teilung kann wie- , derum sogar für Kristalle des gleichen Materials wesentlichFig. 3 shows a drawing of a crystal having an e-cut Plate -is, the crystal faces of which are parallel to the (i10) plane set at their bands. The crystallographic vision Directions are indicated in the figure. The plate 1 has three domains 2, 3 and 4, which are represented by a planar domain wall 6 and a zigzag wall 5 are separated are. The edges a, c, e etc. that have a set of zigzag points form, lie essentially in a plane that is a twin plane and a conventional Domainenwaud, such as a domain wall 6, can carry. Similarly, the edges b, d, and f form another set of vertices, those in a second plane parallel to the twin plane the conventional Domainenwand 6 lie. The distance between the plane containing the edges a, c and e and that of the edges b, d, f contained level is called the width "w" of the wall designated. The width w can vary widely even for the same material. 3h Ga do lini ummolyb dat z. B. can be w of 100 up to 4000 microns. The distance between the zigzag edges, e.g. B. from a to c, c to e, b to d or d to f is extremely uniform for a given wall. This distance is called the division "p". The division can be like-, this is essential even for crystals of the same material

409846/066S409846 / 066S

RieiM IiMRieiM IiM

236409C236409C

E.I. du Pont de Nemours and Company CR-7376EGG. du Pont de Nemours and Company CR-7376

schwanken. Für Gadoliniumraolybdat liegt die Teilung zwischen 5 und 150 Mikron.vary. For gadolinium rolybdate the division is between 5 and 150 microns.

Das Verhältnis der Teilung zu der Breite verändert sich weniger und liegt im allgemeinen zwischen 0,OJ? und 0,15· Jedes Segment der Zick-Zäck-Wand,, wie 2. B. das Segment zwischen der Kante a und der Kante b_? scheint eine etwas sygmoide Form su haben, kann jedoch durch eine Ebene gut angenähert werden. Die Ebenen liegen unter gleichen Winkeln 0 zu der (1⁵JO)-Zwi1lingsebene, die senkrecht zu der (HO)-Zwillingsebene steht, in der die Doinainenwand 6 liegt. Unter der Annahme, dass die Zick-Zack-Wand aus planaren Segmenten zusammengesetzt ist, kann der Winkel 0 aus der Beziehung tang 0 ■> p/2w berechnet werden. Bei den oben genannten Werten für p/w ergibt sich bei den Seltenen-Erden-Molybdat.en, wie z. B. G-adoliniummolybdat folglich ein Wert für 0 von etwa 1,5 bis 4,5°· Allgemein gilt, dass sich p/w verringert, wenn sich w erhöht.The ratio of the pitch to the width changes less and is generally between 0. OJ? and 0.15 · Each segment of the zigzag wall, like 2. B. the segment between the edge a and the edge b _? seems to have a somewhat sygmoid form, but can be approximated well by a plane. The planes are at the same angles 0 to the (1 ⁵ JO) twin plane, which is perpendicular to the (HO) twin plane in which the doine wall 6 lies. Assuming that the zigzag wall is composed of planar segments, the angle 0 can be calculated from the relationship tang 0 ■> p / 2w. The above values for p / w result in rare earth molybdates, such as B. G-adolinium molybdate consequently has a value for 0 of about 1.5 to 4.5 ° · In general, p / w decreases as w increases.

4 zeigt einen c-geschnittenen Kristall 10 mit Flächen 16, 16', 16" und 16"' , die parallel zu den (HO)-Ebenen geschnitten sind. Eine feststehende Klammer 11 ist mittels eines Klebemittels längs eines Bereichs 18 der Kristal.lfläche 17 festgekittet und eine bewegliche Klammer 12 ist längs eines gegenüberliegenden Bereichs 18' der gleichen Kristallfläche 17 in der Weise festgekittet, dass die Kanten 19 und 19' der Klammern parallel zu den (HO)-Ebenen liegen. Es soll ein Kitt (Klebemittel) verwendet werden, der in flüssigem Zustand aufgetragen werden kann und ohne wesentliche Schrumpfung härtet, so dass durch das Härten des Kittes keine Spannungen auf den Kristall ausgeübt werden. Man legt den Kristall auf die Klammern und lässt Kitt durch die Kapillarwirkung zwischen die Klammer und den daran anliegenden Bereich, der Fläche 17 fliessen, um an der Stelle des Zusammentreffens des Kristalles mit ijeder der Kanten 19 und 19* der Klammern eine gerade Kittungslinie zu bekommen. Die an die Klammern 11 und 12 gekitteten Bereiche des Kristalles werden dadurch4 shows a c-cut crystal 10 with faces 16, 16 ', 16 "and 16"' that cut parallel to the (HO) planes are. A fixed clamp 11 is attached along a region 18 of the crystal surface 17 by means of an adhesive cemented in place and a movable bracket 12 is along an opposing portion 18 'of the same crystal face 17 cemented in such a way that the edges 19 and 19 'of the Brackets are parallel to the (HO) planes. A putty (adhesive) should be used that is in a liquid state can be applied and cures without significant shrinkage, so that no tension due to the curing of the putty applied to the crystal. The crystal is placed on the clamps and putty is left in between by means of the capillary action the bracket and the adjacent area, the surface 17 flow to at the point where the crystal meets each of the edges 19 and 19 * of the brackets to get straight putty line. The areas of the crystal cemented to the clamps 11 and 12 are thereby

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daran gehindert, sich zu verformen und auf diese Weise vom einen Domainenzustand in den anderen umzukippen. Domainenwände, die innerhalb des freien. Bereiches des Kristalles eingefangen sind, werden folglich durch die Klammern 11 undprevented from deforming and in this way dated overturning one domain state into the other. Domain walls, those within the free. Area of the crystal are captured, are consequently by the brackets 11 and

12 darin festgehalten. Die Klammer 11 ist mit einer Schraube 15 versehen, die die Klammer 12 trägt, so dass, wie gewünscht, auf die Klammer 12 Druck ausgeübt werden kann. Bei Bedarf kann auch ein Dehnungs-Messinstrument zwischen der Schraube12 recorded therein. The bracket 11 is provided with a screw 15 which carries the bracket 12 so that, as desired, on the clamp 12 pressure can be applied. If necessary, a strain gauge can also be placed between the screw

13 und der Klammer 12 angeordnet werden, um den angelegten Druck zu messen, wobei dies jedoch nicht unbedingt notwendig ist. In einem Verfahren der Anwendung der Vorrichtung von Fig. 4- ist der Kristall 10 ein Ein-Domainenkristall. Wenn der Kristall ferroelektrische Eigenschaften besitzt, müssen die die ferroelektrische Achse schneidenden Flächen elektrisch verbunden werden, so dass das Material ähnlich einem reinen ferroelastisehen Material behandelt werden kann. Dies kann durch Eintauchen des Kristalls in Wasser oder durch Beschichten der angegebenen Flächen mit einer haftenden, elektrisch-leitenden Substanz geschehen, die dazu dient, Elektroden an diesen Flächen zu bilden und eine elektrische Verbindung zwischen den Elektroden herzustellen. Durch 4^·- ziehen der Schraube 13 gegen die Klammer 12 wird dann Druck auf den Kristall 10 ausgeübt. Wenn eine bestimmte Höhe des Druckes erreicht ist, bilden sich in dem Kristall in der Uähe der Kanten der Klammern 11 und 12 zwei Zick-Zack-Domainenwände 14 und 15 aus. In vielen Fällen ist das plötzliche Erscheinen der Domainenwände von einem hörbaren Geräusch begleitet. Wenn nur eine der Domainenwände gewünscht wird_? kann die Klammer 12 durch Auflösen des Kittes in einem geeigneten Lösungsmittel entfernt werden und die Domainenwand 15 kann dann durch Anlegen von Druck aus dem Kristall hinausbewegt werden*13 and the clamp 12 can be arranged to measure the applied pressure, but this is not absolutely necessary. In one method of using the apparatus of Figure 4-, crystal 10 is a single domain crystal. If the crystal has ferroelectric properties, the surfaces intersecting the ferroelectric axis must be electrically connected so that the material can be treated similarly to a pure ferroelastic material. This can be done by immersing the crystal in water or by coating the specified surfaces with an adhesive, electrically conductive substance which serves to form electrodes on these surfaces and to establish an electrical connection between the electrodes. By pulling the screw 13 against the clamp 12, pressure is then exerted on the crystal 10. When a certain level of pressure is reached, two zigzag domain walls 14 and 15 are formed in the crystal in the vicinity of the edges of the clamps 11 and 12. In many cases the sudden appearance of the domain walls is accompanied by an audible noise. If only one of the domain walls is required _? the clamp 12 can be removed by dissolving the cement in a suitable solvent and the domain wall 15 can then be moved out of the crystal by applying pressure *

Ein anderes Verfahren, der Herstellung von Zick-Zack-Wänden öer vorliegenden Erfindung wird in Fig» 5a, 5b und 3c gezeigt. In Hg. 5a besteht der Kristall 20 aus einer e-ge-Another method of making zigzag walls of the present invention is shown in Figures 5a, 5b and 3c . In Hg. 5a, the crystal 20 consists of an e-shaped

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CR-7376CR-7376

schnittenen Platte eines Kristalles,, dessen Flächen 26, 26¹^ 26" und 26'" parallel zu den (i10)-Ebenenliegen_s und ist durch eine herkömmliche Domainenwand 21 in zwei Domainen unterteilt« Der Kristall ist in einem Rahmen 22 zwischen hervorstehenden Zapfen 23 und 24 und einer Schraube 25? die durch den Rahmen hindurchführt, in der Weise angeordnet, dass beim Ausüben eines Druckes mittels der Schraube 25 senkrecht zu der Domainenwand 21 eine Biegungsspannung auf dem Kristall ausgeübt werden kann. In Fig. 5a ist der Kristall vor dem Anlegen der Biegungsspannung gezeigt. In Fig. 5b ist der gleiche Kristall 20 nach dem Anlegen der Biegungsspannung gezeigt. Es haben sich klingenförmige Domainen 26, 27 * 28, 29 und ^O in den Kristall senkrecht zu der Domainenwand 21 gebildet und treffen auf diese auf. An den Stellen des Auftreffens der kling en förmi gen Domainen erscheint die Domainenwand 21, wie dargestellt, leicht gekrümmt. Wenn eine kritische Spannung überschritten wird, verformt sich die Domainenwand 21 plötzlich zu einer Zick-Zack-Domainenwand, wie es in Fig. 5c gezeigt wird, und die klingenförmigen Domainen versehwinden.cut plate of a crystal ,, whose surfaces 26, 26 ¹ ^ 26 "and 26 '" divided parallel to the (i10) -Ebenenliegen _s and by a conventional domain wall 21 into two domains, "The crystal is in a frame 22 between projecting pegs 23 and 24 and a screw 25? which passes through the frame, arranged in such a way that when a pressure is exerted by means of the screw 25 perpendicular to the domain wall 21, a bending stress can be exerted on the crystal. In Fig. 5a the crystal is shown prior to the application of the bending stress. In Fig. 5b, the same crystal 20 is shown after the bending stress has been applied. Blade-shaped domains 26, 27 * 28, 29 and ^ O have formed in the crystal perpendicular to the domain wall 21 and strike it. The domain wall 21 appears to be slightly curved, as shown, at the points where the sound-shaped domains meet. When a critical voltage is exceeded, the domain wall 21 suddenly deforms into a zigzag domain wall, as shown in FIG. 5c, and the blade-shaped domains disappear.

Die zur Bildung der Zick-Zack-Domainenwand erforderliche Spannung ist wesentlich grosser als die Spannung, die notwendig ist, um die planare Wand in einem Gadoliniunmiolybdat-Kristall zu Kernen zu machen. In Gadoliniummolybdat bilden sich die Ziek-Zack-Domainenwände im allgemeinen bei Drücken von 5 kg/cm oder mehr. Das Anlegen weiterer Spannung führt zu einer Verringerung der Breite und im geringen Ausmass . ^ zu einer Verringerung der Teilung der Zick-Zack-Wand. Der genaue Wert der erforderlichen Spannung schwankt von Kristall zu Kristall, sogar bei solchen aus der gleichen Substanz. Für einen gegebenen Kristall sind die Resultate jedoch offenbar einigermassen reproduzierbar.The tension required to form the zigzag domain wall is much greater than the tension that is necessary is to the planar wall in a gadolinium molybdate crystal to make cores. In gadolinium molybdate, the Ziek-Zack domain walls generally form under pressure of 5 kg / cm or more. The application of further voltage leads to a reduction in the width and to a lesser extent. ^ to a decrease in the pitch of the zigzag wall. The exact value of the voltage required varies from crystal to crystal, even with those made of the same substance. For a given crystal, however, the results are apparently reasonably reproducible.

Wenn sie einmal hergestellt ist» kann die Zick-Zack-Wand durch, eine elektrische oder mechanische Spannung in der gleichen. Weise wie eine herkömmliche planare DomainenwandOnce created, the zigzag wall can create electrical or mechanical tension in the wall same. Way like a traditional planar domain wall

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CE-7376 · 236409tCE-7376 236409t

behandelt werden. Verfahren zum Handhaben von Domainenwänden in Kristallen aus ferroelektrisehen/ferroelastisehen Stoffen v/erden in der US-PS 3 732 549 ausführlich beschrieben. Die Änderung der Umschaltgeschwindigkeit des Kristalles durch Bewegen der Zick-Zack-Wand als einer Funktion der angelegten Spannung wird in Fig. 6 gezeigt. Innerhalb des Bereichs der mittels stroboskop!scher Verfahren messbaren Geschwindigkeit, d. h. zwischen den Punkten 1 und m auf der Kurve der Fig. 6, ist die durch den reziproken Wert der Umschaltzeit gemessene Umschaltgeschwindigkeit eine lineare Funktion der Spannung.be treated. Method for handling domain walls in crystals of ferroelectric / ferroelastic substances are fully described in U.S. Patent No. 3,732,549. the Changing the switching speed of the crystal by moving the zigzag wall as a function of applied voltage is shown in FIG. Within the scope of the speed measurable by means of a stroboscopic method, d. H. between points 1 and m on the curve of Fig. 6, is that measured by the reciprocal of the switching time Switching speed is a linear function of voltage.

ι Ss ist eine bestimmte Schwellenwertspannung erforderlich, bevor eine merkliche Wandbewegung stattfindet, wobei diese Schwellenwertspannung in den Figuren durch den Punkt 1 angezeigt wird. Die Schwellenwertspannung hängt offensichtlich stark von dem bestimmten aus irgendeinem gegebenen Material ausgewählten Kristall ab. Eine ähnliche Kurve gilt für die normale planare Domainenwand, für die Zick-Zack-Wand ist die Schwellenwertspannung jedoch etwa die gleiche oder etwas kleiner als für eine herkömmliche planare Wand und die durch die Steigung der Geraden 1-m wiedergegebene Beweglichkeit ist das 10- bis 30-Fache oder mehr. ι Ss is required a certain threshold voltage before a significant wall motion occurs, said threshold voltage is indicated in the figures by the point. 1 The threshold voltage appears to be highly dependent on the particular crystal selected from any given material. A similar curve applies to the normal planar domain wall, but for the zigzag wall the threshold voltage is about the same or slightly smaller than for a conventional planar wall and the mobility represented by the slope of the straight line 1-m is 10- to 30 times or more.

Der Grund für die erhöhte Beweglichkeit der Zick-Zack-Domainenwände im Vergleich zu herkömmlichen planaren Wänden ist nicht Vollständig verstanden, es ist jedoch möglich, dass sie den geometrischen Faktoren zuzuschreiben ist, die in Fig. 7 dargestellt sind, in der ein Bereich der Zick-Zack-Wand 40 in einer Ausgangsstellung dargestellt ist und die gleiche Wand 41 nach der auf Grund des Ansprechend auf die Spannung erfolgten Bewegung dargestellt ist. Die Bewegung eines im wesentlichen planaren Domainenwand-Segmentes einer Zick-Zack-Wand in einer zu dem Segment senkrechten Richtung ist durch einen Vektor, der durch einen Pfeil 42 dargestellt ist, angezeigt, während die Bewegung der Zick-Zack-Wand senkrecht zu der länge der Zick-Zack-Wand durch einen Vektor gegebenThe reason for the increased mobility of the zigzag domain walls Compared to traditional planar walls is not fully understood, but it is possible that they do is attributable to geometric factors shown in Fig. 7, in which a portion of the zigzag wall 40 in an initial position and the same wall 41 after which was made due to the response to the tension Movement is shown. The movement of a substantially planar domain wall segment of a zigzag wall in a direction perpendicular to the segment is indicated by a vector represented by an arrow 42, while the movement of the zigzag wall perpendicular to the length of the zigzag wall is given by a vector

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ORIGINAL INSPECTEDORIGINAL INSPECTED

GR-7376 ■ 236409CGR-7376 ■ 236409C

ist, der durch den Pfeil 4-5 angezeigt wird. Das Verhältnis des Rektors 4J zu dem i/ektor #2 ist durch den Kosekans Q gegeben, wobei O der in Fig. 7 definierte Winkel ist. Es hat sich herausgestellt j dass die aus diesem. Ausdruck berechnete Geschwindigkeit der im wesentlichen planaren Ifendsegmente senkrecht au den Segmenten im wesentlichen gleiche der Geschwindigkeit einer herkömmlichen planaren Wand ist. In einem Mischmolybdat aus Gadolinium und Di sprosium wurde z» B. eine Zick-Zack-Wand in einem Kristal !plättchen von O_?75 mm. Dicke und 5?5 ™ Breite_s wobei' der Baum zwischen den Klammern 5 mm betrug, gebildet» Die ZIek-Zaek-Wand hatte eine Breite w von 0_s47 πιπί und eine Teilung von 65 Mikron zwischen den Zick-Zack-Spitzen. Die Wand bewegte sich bei einer Schwellenwertspannung von 50 VoIt₉ die "an Sie Elektroden an den Flächen des Plättchens angelegt wurde ^cL h» bei einem Schwellenwertfeld von 650 Volt/cm. Es wurde eine gemessene Beweglichkeit der Wand von 0,38 cm see -Volt gefunden, was etwa das 25-Fache der für eine planare Wand in einem Kristall aus diesem Material gemessenen Beweglichkeit ist. Auf Grund der obigen theoretischen geometrischen Betrachtungen wurde eine Erhöhung der Beweglichkeit etxira um den Faktor 15 erwartet.indicated by arrow 4-5. The ratio of the rector 4J to the i / ector # 2 is given by the coscan Q, where O is the angle defined in FIG. It has been found that the out of this. The calculated speed of the substantially planar end segments perpendicular to the segments is substantially the same as the speed of a conventional planar wall. In a mixed molybdate of gadolinium and dispersium, for example, a zigzag wall was formed in a crystal plate of O _? 75 mm. Thickness and 5? 5 ™ width _s' of the harness between the brackets was 5 wherein mm, "formed The ziek-zaek wall had a width w _s πιπί 47 of 0 and a pitch of 65 microns between the zigzag peaks. ^ CL h "was the wall moving in a threshold voltage of 50 Voit _9" to you electrodes on the surfaces of the wafer created when a threshold field of 650 volts / cm was a measured mobility of the wall of 0.38 cm see. - Volt, which is about 25 times the mobility measured for a planar wall in a crystal made of this material.

In einem Kristall können mehr als eine Zick-Zaek-Wand ausgebildet werden und derartige Wände können zusammen mit normalen planaren Wänden in einem Kristall bestehen, vorausgesetzt dass sich die Wände nicht schneiden. Wenn das Material ferroelektrische Eigenschaften besitzt, kann der Kristall durch Anlegen von Elektroden an ausgewählte, besbhränkte Bereiche einer Kristallfläche (d. h. von Teilelektroden) in Zonen unterteilt werden, und die Wände können innerhalb jeder Zone durch Anlegen von geeigneten Spannungen an die Teilelektroden unabhängig bewegt werden» Umschaltende - Zonen können auch durch Klammern festgelegt werden, wie die oben in Verbindung mit Fig. 4 dargestellten, um eine Zick-Zack-Domainenwand auf einen vorherbestimmten Umschaltbereich des Kristalles zu begrenzen. Wird jedoch eine übermässig iiolie elektrische Feld-.More than one zig-zaek wall can be formed in a crystal and such walls can coexist in a crystal with normal planar walls, provided that the walls don't intersect. If the material has ferroelectric properties, the crystal can pass through Application of electrodes to selected, restricted areas of a crystal face (i.e. partial electrodes) in zones be subdivided, and the walls can be divided within each zone by applying suitable voltages to the sub-electrodes can be moved independently »Toggle zones can also be specified by brackets, like those in connection above shown in Fig. 4 to a zigzag domain wall towards a predetermined switching range of the crystal limit. However, if there is an excessively violent electric field.

ORiGfNAL INSPECTEDORiGfNAL INSPECTED

■7376 236409C■ 7376 236409C

stärke oder meehanischer Druck auf die Zick-Zaek-Wand in der Mähe der Klammer ausgeübt, so versucht sie die Hand durch Yerringerung der Zonenbreite und der Teilung_t wie es oben erklärt wurde, zu verändern.If strong or mechanical pressure is exerted on the zigzag wall in the vicinity of the bracket, the hand tries to change it by reducing the zone width and the division _t as explained above.

Kristalle von ferroelastischen Stoffen, die Ziek-Zaek-Wände enthalten, können für Geräte, wie optische Schalter oder Verschlüsse verwendet werden. KLg. 8 zeigt eine .Anordnung, die als ein optischer Schalter verwendet werden kann und ebenfalls Gegenstand der Erfindung ist. In 3?ig« 8 ist eine Lichtquelle 50» eine Linse 51 s die so angeordnet ist, dass sie das Licht kollimiert, ein Polarisator 52 auf dem Weg des kollitnierten Lichtes und eine Blende 53? die zur Begrenzung der öffnung des Gerätes dient, dargestellt» Eine Platte aus einem ferroelektrischen/f erroelasti sehen Material, wie Gadoliniummolybdat 5^ mit einer Zick-Zack-Wand 3^ ist an der α-geschnittenen Fläche senkrecht zu der Ebene der Zick-Zack-Wand mit transparenten Elektroden 56 und 57 ausgestattet. Die transparenten Elektroden können eine Beschichtung aus einer Substanz, \>iie Indiumoxid, In^O,,--sein. Die Elektrode 56 bedeckt im xfesentlichen die ganze Fläche des Kristalls, während die Elektrode 57 eine rechteckige-.Elektrode ist, die die Fläche des Kristalls entlang der Zick-Zack-Wand überzieht, deren Kanten jedoch parallel zu der Länge der Zick-Zack-Wand sind und von den Kanten des Kristalls 5^ versetzt sind. Beim Anlegen einer Spannung zwischen den Elektoden 56 und 57 wird auf diese Weise ein elektrisches Feld im Mittelbereich dea Kristalls erzeugt, das die Ziek-Zaek-Wand zu verschieben versucht, in der Hähe der Seitenflächen der Platte f&· jenseits der Bänder der Elektroden 57 wird o@~ doch kein Feld erseugt;, so dass die Zick-Zack-Wand im wesentlichen auf iea -won ie^ Elektrode 57 "bedecktes.BereieJi der Platte begreast isto Zus Erzeugung eines elekteiseliea Feldes variabler Intensität und,Polarität zwischen den Elektroden 56 nnä 57 ist eise Spaga.ungsqu.elle 58 ¥orgeseh©as wodurch' Sie BomaisesMtfaaS. 55 isaeEiialb d@s Kristalls 5^ J^e Basix BedarfCrystals of ferroelastic materials containing Ziek-Zaek walls can be used for devices such as optical switches or closures. KLg. Figure 8 shows an arrangement which can be used as an optical switch and which is also the subject of the invention. In Fig. 8, a light source 50 is a lens 51 arranged to collimate the light, a polarizer 52 on the path of the collided light, and a diaphragm 53? which serves to limit the opening of the device, shown »A plate made of a ferroelectric / ferroelasti see material, such as gadolinium molybdate 5 ^ with a zigzag wall 3 ^ is on the α -cut surface perpendicular to the plane of the zigzag -Wall equipped with transparent electrodes 56 and 57. The transparent electrodes can be a coating of a substance such as indium oxide, In ^ O ,, -. The electrode 56 covers essentially the entire surface of the crystal, while the electrode 57 is a rectangular electrode which covers the surface of the crystal along the zigzag wall, but whose edges are parallel to the length of the zigzag wall and are offset from the edges of the crystal 5 ^. When a voltage is applied between the electrodes 56 and 57, an electric field is generated in the central area of the crystal, which tries to move the Ziek-Zaek wall, to the level of the side surfaces of the plate beyond the strips of the electrodes 57 o @ ~ but no field erseugt ;, so that the zig-zag wall is substantially on IEA-won ie ^ electrode 57 "of the plate bedecktes.BereieJi begreast additives isto produce a elekteiseliea field of variable intensity and polarity between the electrodes 56 nnä 57 is eise Spaga.ungsqu.elle 58 ¥ orgeseh © as whereby 'you BomaisesMtfaaS. 55 isaeEiialb d @ s crystal 5 ^ J ^e Basix need

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ORfGiNAL INORfGiNAL IN

^cs-7376 $3 236409C ^cs -7376 $ 3 236409C

in beiden Siöktungen verschoben werden kann» Der Kristall 5^ ist zifeefcmässigerweise auf eine Dicke geschnitten, die eine ?iertel-Hellen-Werz5gerung der die Domainen des doppelbreehenden ferroelektrischen/ferpQeXastisqhen Kristalle durchquerenden IdLchts erzeugt« Das den kristall 5¹*- durclidringende Lieht durcMringt eine zweite tfiertel-Wellen-Platte 59 und darauf eines inalysator 60_o can be moved in both Siöktungen "The crystal 5 ^ is zifeefcmässigerweise cut to a thickness that produces a iertel-Hellen-Werz5gerung the domains of doppelbreehenden ferroelectric / ferpQeXastisqhen crystals passing through IdLchts" That the crystal 5 ¹ * - durclidringende Lieht durcMringt a second quarter-wave plate 59 and an analyzer 60 _o

Die Platte 59 kann eine l/iertel-Wellen-Platte aus G-adoliniummolybdat in Form einer einzigen Domaine oder eine Viertel·= Wellen-Platte aus Quarz oder einem anderen doppelbrechenden Material sein»The plate 59 can be a quarter wave plate made of G-adolinium molybdate in the form of a single domain or a quarter · = Wave plate made of quartz or some other birefringent material »

Die ferroelektrischen/ferroelastischen Domainen τοη Gadoliniummolybdat sind biaxial doppeIbrechend mit (+) /\ η =* 3?9O x 10 für }\ « O_S5 lioEine- Viertel-¥ellen-Platte besitzt eine Dicke von etwa 0,37 mm. Eben polarisiertes, den Kristall ^A-durchdringendes Licht wird in zirkular-polarisiertes Licht verwandelts wobei die Richtung der zirkulären Polarisation durch Bewegen der Domainenwand 55 "von dem einen ferroelastisciien Dekaungszustand in den anderen ferroelastischen Dehnungszustand umgekehrt wird ο Das aus der Platte 54- austretende zirkular-polarisierte Licht wird durch das Durchdringen der Platte 59 in eben polarisiertes Licht verwandelt ₉ wobei die Polarisationsebene entsprechend dem Zustand_s in den. der Kristall ^A umgeschaltet wurde, in einer der beiden rechtwinklig aufeinanderstehenden Richtungen liegt* Der -Analysator 60 wird dann so eingestellt, dass er das Licht auslöscht,, fias von dem einen oder dem anderen der beiden Zustände des Kristalles 5¹H die durch die Domainenwand 55 getrennt siad_s durchgelassen wird« Durch Anlegen einer geeigneten Spannung aus der Quelle 58 kann dementsprechend Licht- tob. aes Quelle 50 ctarcli aas optische System entweder assen oder "blockiert werden»The ferroelectric / ferroelastic domains τοη gadolinium molybdate are biaxially birefringent with (+) / \ η = * 3? 90 x 10 for } \ «O _S 5 lioa quarter ¥ ellen plate has a thickness of about 0.37 mm. Plane-polarized, the crystal ^ A- penetrating light is polarized circularly in light verwandelts wherein the direction of circular polarization by moving the domain wall 55 "from which a ferroelastisciien Dekaungszustand in the other ferroelastic strain state is reversed ο The light emerging from the plate 54- circularly -polarized light is converted to plane-polarized light ₉ wherein the plane of polarization corresponding to the state _s was switched to. the crystal ^ a, is located by the penetration of the plate 59 in one of the two mutually perpendicular directions * the analyzer 60 is then adjusted so that it cancels out the light ,, fias from the one or the other of the two states of the crystal 5 ¹ H siad separated by the domain wall 55 _s transmitted is "by applying a suitable voltage from the source 58 can accordingly be light tob. aes Source 50 ctarcli aas optical system either ate or "blockie be rt »

Eie EoBibina-feloB. einer Yierfcel-l-Jellen-Platte 59 und eines Ina Ijsators 60 für ebea.-polarisiertes Lieht stellt bei entspre-Eie EoBibina-feloB. a Yierfcel-l-Jellen plate 59 and an Ina Ijsators 60 for ebea.-polarized light provides

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ORIölNAL !NSPECIORIölNAL! NSPECI

chender Orientierung einen wirkungsvollen Analysator für zirkular-polarisiertes Licht dar.An effective analyzer for circularly polarized Light

Da die Zick-Zack-Wände der -vorliegenden Erfindung eine beträchtliche Breite besitzen, werden sie in optischen Verschlüssen verwendet, bei denen die optische Öffnung gross im Vergleich zu der Breite der Wand ist. Die Erhöhung der Arbeitsgeschwindigkeit im Vergleich zu einer normalen planaren Domainenwand ist durch den AusdruckSince the zigzag walls of the present invention have a considerable They will be wide in optical shutters used in which the optical opening is large compared to the width of the wall. The increase in Working speed compared to a normal planar Domainenwand is through the expression

gegeben, wobei ^- das Verhältnis der Umschaltgeschwindigkeiten von Zick-ZacKr-, und planaren Wänden für ein gegebenenesgiven, where ^ - the ratio of the switching speeds of zigzag, and planar walls for a given

Feld ist. M ist das Verhältnis der Beweglichen für Zick-Zaek- und planare Wände. A ist die Breite der Öffnung und w ist die Breite der Zick~Zack-Wand. Wie oben erwähnt, werdenField is. M is the ratio of the moveable for zig-zaek and planar walls. A is the width of the opening and w is the width of the zigzag wall. As mentioned above, will be

Werte von etwa 50 ohne \-reiteres für ζ erreicht. Selbst wennValues of about 50 reached without a \ -reiteres for ζ. Even if

die Öffnung so klein wie die Breite der Zick-Zack-Wand ist, kann folglich durch die Verwendung des erfindungsgemässen Schalt element es eine Erhöhung der Schaltgeschwindigkeit in optischen Schaltern um den Faktor 15 erreicht werden.the opening is as small as the width of the zigzag wall, consequently, by using the switching element according to the invention, it is possible to increase the switching speed in optical switches can be achieved by a factor of 15.

Die Eigenschaften Von Zick-Zaek-Domainenwänden resultieren aus der ferroelastischen ifatur des Materials. Die Kopplung von ferroelektrischen Eigenschaften mit ferroelastischen Eigenschaften ist daher für diese Erfindung nicht notwendig. Wenn gekoppelte ferroelektrische/ferroelastische Kristalle verwendet werden, sollen sie vorzugsweise ein einachsiges Verhalten, •zeigen, das heisst, die elektrische Polarisation muss in der einen oder anderen Richtung längs der spezifischen Achse erzwungen werden. Ausserdem sollen die Zwillingsebenen nur eine begrenzte Anzahl von spezifischen Orientierungen inner-The properties of zig-zaek domain walls result from the ferroelastic ifature of the material. The coupling ferroelectric properties with ferroelastic properties is therefore not necessary for this invention. if coupled ferroelectric / ferroelastic crystals are used, they should preferably have a uniaxial behavior, • show, that is, the electrical polarization must be in one direction or the other along the specific axis be forced. In addition, the twin levels should only have a limited number of specific orientations within

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halb des Kristalles besitzen, so dass Domainenwände gebildet werden können, die in kontrollierter Weise durch externe Steuerung eines elektrischen Feldes oder mittels mechanischen Druckes bev/egt werden können. Wenn ferroelektrische/ferroelastische Ein-Kristalle verwendet werden, sollen sie für die Zwecke der Erfindung eine einaqhsige elektrische Polarisation zeigen. Solche Kristalle umfassen alle Kristalle der folgenden Aizu-Punktgruppen: $2mFmm2, 2T-F2 222F2, $2mF2, 422F2, 622F2, 43mFmm2 und 23F2. Am meisten bevorzugt werden Kristalle mit der Gadoliniummolybdat-Struktur, der Aizu-Spezies Ά-2mFnim2, die durch folgende Formel dargestellt werden kann:half of the crystal, so that domain walls can be formed which can be moved in a controlled manner by external control of an electrical field or by means of mechanical pressure. If ferroelectric / ferroelastic single crystals are used, they should show a single electrical polarization for the purposes of the invention. Such crystals include all crystals of the following Aizu point groups: $ 2mFmm2, 2T-F2 222F2, $ 2mF2, 422F2, 622F2, 43mFmm2, and 23F2. Most preferred are crystals with the gadolinium molybdate structure, the Aizu species Ά- 2mFnim2, which can be represented by the following formula:

worin R und E¹ Scandium, Yttrium oder ein Seltenes-Erden-Element mit einer Ordnungszahl von 57 bis 71 darstellen, c zwischen 0 und 1,0 und e zwischen 0 und 0,2 liegt. Diese Kristalle sind in der US-PS 5 4J7 4J2 ausführlich beschrieben. Insbesondere ist es die ferroelektrische/ferroelastische Phase, die allgemein als die ß'-Phase bezeichnet wird, von Stoffen des Gadoliniummolybdat-Typs, die ein gekoppeltes ferroelektrisches/f erroelastisch.es Verhalten zeigt. Diese Stoffe zeigen zwei Orientierungen von Zwillingsebenen, die senkrecht auf den beiden zweizahligen Orientierungsachsen der paraelektrischen Gruppe 42m steht. Der elektrische Polarisationsvektor liegt entlang der vierzähligen Rotationsinversionsachse in der paraelektrischen Phase in der einen oder anderen der gleichwertigen Richtungen parallel hierzu. Diese zwei Richtungen sind gleichwertig, da sie durch die zweizahligen Rotationsoperationen ineinander übergeführt werden. Beim Durchlaufen des Übergangs zu dez* mni2 ferroelektrischen Phase geht die "^-Operation verloren und sie wird die Zwillings operation, die ..die ferroelektrischen/ferroelastischen Domainen ineinander umwandeln. Insbesondere Kristalle derwherein R and E ^{1 represent} scandium, yttrium or a rare earth element with an atomic number from 57 to 71, c is between 0 and 1.0 and e between 0 and 0.2. These crystals are described in detail in US Pat. No. 5,417,412. In particular, it is the ferroelectric / ferroelastic phase, which is commonly referred to as the β ′ phase, of substances of the gadolinium molybdate type that exhibits coupled ferroelectric / ferroelastic behavior. These substances show two orientations of twin planes, which are perpendicular to the two twofold orientation axes of the paraelectric group 42m. The electrical polarization vector lies along the fourfold rotational inversion axis in the paraelectric phase in one or the other of the equivalent directions parallel thereto. These two directions are equivalent, since they are converted into one another by the twofold rotation operations. When passing through the transition to the dec * mni2 ferroelectric phase, the "^ operation is lost and it becomes the twin operation that converts the ferroelectric / ferroelastic domains into one another. In particular, crystals of the

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ÖftfefNAL IiMSPECTEDOften times IiMSPECTED

CB-7576CB-7576

236409G236409G

Formel ß¹ -Xp(MoCO-,, wobei X sein kann Nd, Sm, Eu, Gd oder Tb und das Seltene-Erden-Mischmolybdat DyGd(MoO^),, zeigen ebene Domainenwände, die die (HO)-Gitterebenen belegen.Formula ß ¹ -Xp (MoCO- ,, where X can be Nd, Sm, Eu, Gd or Tb and the rare earth mixed molybdate DyGd (MoO ^) ,, show flat domain walls that occupy the (HO) lattice planes.

Bewegliche Zick-Zack-Domainenwände wurden auch in reinen ferroelastischen Stoffen beobachtet, d. h. in Stoffen, in denen die ferroelastisehen Eigenschaften nicht an eine andere Eristalleigenschaft, wie z. B. !Ferroelektrizität, gekoppelt ist. So ist a-Bleiphosphat ein reines ferroelastisehes Material, Aizu-Spezies 3^2/Bi, das eine Curie-Temperatur von 179° besitzt, oberhalb der die Kristallpunktgruppe 3& ist und unterhalb der die Kristallpunktgruppe 2/m ist. Im ferroelastischen Zustand tritt eine Spannung in einer der drei gleichwertigen Spiegelebenen der Prototyps auf, wobei die trigonale Hochtemperaturphase zu einer von drei möglichen Orientierungen für die monokline Achse und folglich von drei möglichen Domainen führt, in denen die monokline Achse die gleiche Orientierung besitzt. Jedes Paar von Domainen kann an d.eT Grenzfläche auf eine von zwei möglichen, zueinander senkrechten Domainenwände treffen, die entlang der Sichtung der Domaine liegen, die eine Grenzfläche besitzt. Es gibt folglich sechs mögliche Domainenwände, die in zwei Sorten zerfallen: drei η-Wände, die im wesentlichen senkrecht zu der be-Ebene (entsprechend der c-Ebene der trigonalen IPorm) orientiert sind und unter einem Winkel von 60° zu der ac-Ebene jeder Domaine orientiert sind, und drei t-Wände, die jeweils unter einem Winkel von etwa 73° 2U der bc-Ebene geneigt sind und unter 30° zu der ac-Ebene jeder Domaine orientiert sind. Die spontane Dehnung erscheint als eine "Biegung" α von etwa 4,4° über eine n-Vand und eine Biegung ß von 1,6° in der zu der n-Vand in der bc-Ebene senkrechten Ebene. Pur eine t-Wand beträgt die Biegung des Kristalls über die Wand 4,6° und die bc-Ebenen der Domainen sind im. wesentlichen kolinear.Movable zigzag domain walls have also been observed in pure ferroelastic fabrics, ie in fabrics in which the ferroelastic properties are not related to another crystal property, such as e.g. B.! Ferroelectricity is coupled. Thus a-lead phosphate is a pure ferroelastic material, Aizu species 3 ^ 2 / Bi, which has a Curie temperature of 179 °, above which the crystal point group is 3 & and below which the crystal point group is 2 / m. In the ferroelastic state, a stress occurs in one of the three equivalent mirror planes of the prototypes, whereby the trigonal high temperature phase leads to one of three possible orientations for the monoclinic axis and consequently of three possible domains in which the monoclinic axis has the same orientation. Each pair of domains can meet at the interface on one of two possible, mutually perpendicular domain walls that lie along the sighting of the domain that has an interface. There are consequently six possible domain walls, which are divided into two types: three η-walls, which are oriented essentially perpendicular to the be-plane (corresponding to the c-plane of the trigonal I-shape) and at an angle of 60 ° to the ac- Level of each domain are oriented, and three t-walls, each inclined at an angle of about 73 ° 2U of the bc-plane and oriented at 30 ° to the ac-plane of each domain. The spontaneous stretching appears as a "bend" α of about 4.4 ° over an n-wall and a bend β of 1.6 ° in the plane perpendicular to the n-wall in the bc plane. For a t-wall, the bend of the crystal over the wall is 4.6 ° and the bc-planes of the domains are im. essential colinear.

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INSPSCTH)INSPSCTH)

σκ-7376σκ-7376

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Für eine Platte aus a-Bleiphosphat im ferroelasti sollen Zustand» die parallel zu der bc-Ebene auf eine Dicke von 0,3 mm geschnitten ist, wurde eine bewegliche Zick-Zack-t-Wand mit ρ «= 18 a und w = 0,6 mm beobachtet, d. h. bei im wesentlichen den gleichen Abmessungen wie Zick-Zack-Wände, die in verschiedenen Selten-Erden-Molybdat-Kristallen beobachtet wurden.For a plate made of a-lead phosphate in ferroelasti, the state » which is cut parallel to the bc plane to a thickness of 0.3 mm, was made with a movable zigzag t-wall ρ «= 18 a and w = 0.6 mm observed, i.e. H. at essentially the same dimensions as zigzag walls that come in different Rare earth molybdate crystals were observed.

cc-Bleiphosphat ist von 0,28 η bis 5 Ά transparent. Der Brechungsindex ist etwa 2,1, wobei das Material biaxial doppelbrechend mit. (-) ί\ η =» 7 x 10~"^ in der bc-Ebene ist und folglich für den Bau von mechanisch betätigten optischen Schaltern geeignet ist.cc lead phosphate is transparent from 0.28 η to 5 Ά. The refractive index is about 2.1, with the material being biaxially birefringent with. (-) ί \ η = »7 x 10 ~" ^ is in the bc-plane and is therefore suitable for the construction of mechanically operated optical switches.

409846/0665 .409846/0665.

"-..■ .. ORIGINAL INSPECTED"- .. ■ .. ORIGINAL INSPECTED

Claims

CE-7376 "December 21, 1973

Claim

Ferroelastic crystal with a domain wall that extends across the crystal and transforms the crystal into ferroelastic Divides domains with different states of dimming, characterized in that the domain wall has a zigzag shape owns.

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40984S / 0685

ORDINAL INSPECTED

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