WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 ||

чивается с ростом E. Таким образом, в однородном сегАппроксимация данных измерения P степенной функнетоэлектрике при приложении любого внешнего поля цией (1) с тремя свободными параметрами a, n, Pe провеличина поляризации с различной кинетикой выходит водилась методом наименьших квадратов по стандартной на одно и то же значение Pe = Ps.

программе. На рис. 3 сплошные кривые — расчет, кружВ релаксорах в поле E, как большем, так и меньшем ки — эксперимент. Отклонение экспериментальных знаполуширины петли, поляризация P сначала изменяется чений P от расчетных не превышает 0.5%. Отметим, что скачком, а затем — термоактивационно (вставки на ошибки определения параметров (табл. 1) уменьшаются рис. 3). Скачки P, наблюдающиеся при любом знас возрастанием интервала времени регистрации [21].

чении E, свидетельствуют об отсутствии у релаксора Обсудим различие спектров g(ln ) с максимумаоднозначного коэрцитивного поля Ec, величина котоми gmax при m = a/n для TGS и релаксоров. Для TGS рого различна в различных участках кристалла. При в слабых полях E < Ec при увеличении E спектр g увеличении E поляризуется больший объем кристалла становится уже и смещается к малым, обнаруживая и скачок P конечно увеличивается. Далее показано, тенденцию к сближению и уменьшению значений U всех что релаксоры не имеют также однозначной равновесбарьеров при приближении E к Ec (рис. 3, a). Для ной поляризации Pe: каждому значению внешнего поля релаксоров такой четкой зависимости формы спектра соответствует некоторое значение Pe, увеличивающееся от E в некотором интервале его значений нет. Несмотря с ростом E (рис. 3).

на то, что с ростом E конечно увеличивается доля поляМедленная термоактивационная стадия релаксации у ризуемого объема, в котором поля Ec имеют различные всех кристаллов следует степенному закону значения, вклады медленных процессов в поляризацию p(t) = Pe - P(t) /(Pe - P0) =1/(1 + t/a)n, (1) случайно могут оказаться одинаковыми, а спектры — практически совпадающими (рис. 3, b). При нагревании где P0 — начальная поляризация при t = 0; a, n, Pe — релаксора выше температуры Tm спектр g сдвигается к свободные параметры.

малым и становится уже, т. е. релаксационные процес В приближении независимости центров релаксации их сы ускоряются (рис. 3, c). Точки на спектрах соответвклад в поляризацию можно считать аддитивным, и тогда ствуют значениям, равным максимальным временам регистрации релаксации tmax. При > tmax спектры — результат экстраполяции данных на большие времена.

p(t) = f ( ) exp(-t/ )d. (2) На примере SBN : Nd видно, что релаксоры могут иметь гигантские значения : при ln(/t0) =10, где t0 = 1min, где f ( ) — нормированная функция распределения вре- = 15 суток, при ln(/t0) =30 — = 10 лет и т. д.

мен релаксации. Часто удобнее пользоваться без- 3.3. Влияние электропроводимости на реразмерной функцией g распределения ln или энергии лаксационные процессы. Для правильной оценки 11 Физика твердого тела, 2002, том 44, вып. 356 В.В. Гладкий, В.А. Кириков, Т.Р. Волк Таблица 1. Параметры релаксации P и спектров g(ln ) при поляризации кристаллов TGS, SBN : (La + Ce) и SBN : Cr Кристалл T, K E, V/cm Pe, µC/cm2 a, min n m, min 5.6 3.0 240 ± 10 0.063 ± 0.002 3800 ± TGS 293 16 3.0 270 ± 10 0.22 ± 0.03 1225 ± 25 3.0 224 ± 8 0.60 ± 0.02 380 ± 300 4.50 ± 0.02 3.724 ± 0.012 0.045 ± 0.001 82.2 ± 0.SBN : (La + Ce) 273 400 6.97 ± 0.02 4.35 ± 0.013 0.038 ± 0.001 114.5 ± 0.600 8.60 ± 0.013 4.80 ± 0.007 0.058 ± 0.001 82.70 ± 0.205 430 4.03 ± 0.01 0.88 ± 0.05.010 ± 0.0002 88.0 ± 236 5.34 ± 0.01 1.66 ± 0.09.009 ± 0.0002 184 ± SBN : Cr 249 4.82 ± 0.01 0.37 ± 0.04.0089 ± 0.0002 42 ± 267.7 0.67 ± 0.001 0.54 ± 0.05.132 ± 0.001 4.1 ± 0.Таблица 2. Параметры релаксации P и спектров g(ln ) при деполяризации кристаллов SBN : (La + Ce) и SBN : Nd Примесь T, K E, V/cm Pe, µC/cm2 a, min n m, min 500 1.217 ± 0.003 0.82 ± 0.06 0.273 ± 0.004 3.0 ± 0.La: Ce 274 650 1.874 ± 0.004 0.38 ± 0.02 0.157 ± 0.001 2.40 ± 0.800 2.866 ± 0.006 0.094 ± 0.004 0.081 ± 0.001 1.16 ± 0.1000 1.3 ± 0.1 2.0 ± 0.3 0.012 ± 0.0004 167 ± Nd 2000 13.20 ± 0.06 2.92 ± 0.13 0.022 ± 0.0003 133 ± значения поляризации P необходимо вычесть линейный Причиной появления гигантских значений времени по времени вклад в регистрируемое компенсирующее и энергии барьера U может обыть экранирование свободными носителями заряда поляризованных областей напряжение (t) электропроводимости (см., раздел 3).

Этот вклад существен и вносит заметную ошибку в опре- кристалла [12]. Действительно, простые оценки свидетельствуют, что времена экранирования sc = /деление P только для кристалла SBN : Nd [12]. По этой равны sc = 1000 и 10 min соответственно для причине кривые зависимости от времени, которые при SBN : (La + Ce) и SBN : Nd (при оценках sc использоваполяризации SBN : Nd довольно быстро из-за проводимолись данные для статической диэлектрической проницаести становятся прямыми линиями, не анализировались.

мости = 4P/E, приведенные на рис. 2). СледовательРоль электропроводимости в процессах релаксации но, за время регистрации релаксации 120 min в ”низкоотчетливо проявляется при регистрации деполяризации.

омном” релаксоре SBN : Nd реализуется экранирование В этом случае E = 0, сквозная электропроводимость, неоднородно поляризованных областей, сопровождаюмаскирующая релаксацию, отсутствует, и анализ экспещееся формированием неоднородно распределенных пориментальных данных можно провести с достаточно лей экранирующего заряда Esc. В результате увеличивавысокой точностью. На рис. 4 приведены кривые релаксаются потенциальные барьеры, времена релаксации и равции P при деполяризации для SBN : (La + Ce) иSBN: Nd.

новесные значения Pc (память кристалла). Отметим, что Деполяризация регистрировалась после предварительэкранирование может также являться причиной большой ной поляризации кристаллов в различных полях E в ширины петель диэлектрического гистерезиса релаксора течение 5 min. Так же как и при поляризации (рис. 3), SBN : Nd.

процесс начинается со скачка P, а затем проходит 3.4. Температурная зависимость параметтермоактивационно, подчиняясь с высокой точностью р о в р е л а кс а ц и и р е л а к с о р а. Представление о степенному закону (1). На рис. 4 сплошные кривые — температурной зависимости параметров дает рис. 5, на расчет по формуле (1), кружки — эксперимент. Штрикотором для кристалла SBN : Cr приводятся результаховые линии — равновесные значения Pe, которые тем ты измерений скачка P, наблюдающегося в момент выше, чем больше поляризующее поле.

включения E, равновесной поляризации Pe и времени Спектры g для термоактивационных стадий релаксарелаксации m = a/n, отвечающего максимуму функции ции рассчитаны по формуле (3) с параметрами, привераспределения g. Так же как и свойства, измеряемые в денными в табл. 2. Точки на спектрах отвечают моменту переменных полях, эти параметры плавно изменяются времени, до которого регистрировалась деполяризация.

с температурой. Скачок P в слабом поле медленно и Для SBN : Nd спектры g(ln ) шире и включают гигант- монотонно растет с температурой, поскольку энергии U ские времена релаксации, несмотря на большие значения все большего числа барьеров становятся близкими к полей предварительной поляризации. нулю, а Pe и m проходят около точки Tm через макФизика твердого тела, 2002, том 44, вып. Процессы медленной поляризации в релаксорных сегнетоэлектриках Рис. 4. Деполяризация и спектры g(ln ) для релаксоров SBN : (La + Ce) (a, b) и SBN : Nd (c, d). a, b — поляризующее поле E = 500 (1), 800 V/cm (2); c, d — E = 1000 (1), 2000 V/cm (2), t0 = 1 min. Сплошные кривые — расчет, кружки — эксперимент.

Штриховые линии — равновесные значения Pe.

симумы, причем время m при нагревании кристалла ками и мерой структурного беспорядка релаксоров. Ановыше Tm на 20 K уменьшается приблизительно в 30 раз малии наблюдаются только в постоянных и квазистатичечто также свидетельствует об уменьшении барьеров. При ских электрических полях и ранее не регистрировались, увеличении поляризующего поля E максимумы Pe и m по-видимому, из-за слишком быстрых процессов измерееще больше сглаживаются [17]. Эти закономерности коррелируют с температурными зависимостями параметров петель гистерезиса. При понижении температуры аномалии петель в использованном интервале внешнего поля проявляются менее резко из-за увеличения потенциальных барьеров[10,11]; при повышении температуры аномалии также уменьшаются за счет уменьшения поляризации [17].

Таким образом, во всех исследованных релаксорных сегнетоэлектриках (SBN различных составов и PMN) обнаружены сходные аномалии кинетики поляризации, проявляющиеся в особенностях петель диэлектрического гистерезива (разомкнутые и несовпадающие первые циклы петель, отсутствие однозначных коэрцитивного поля и равновесной поляризации) и в широких спектрах Рис. 5. Температурные зависимости параметров P, Pe, m распределения потенциальных барьеров по энергии с ги- релаксации P и спектров g (ln ) для электрического поля гантскими значениями. Эти аномалии являются призна- E = 430 V/cm в окрестности точки Tm релаксора SBN : Cr.

Физика твердого тела, 2002, том 44, вып. 358 В.В. Гладкий, В.А. Кириков, Т.Р. Волк ния. Полученные результаты могут объяснить известную [17] В.В. Гладкий, В.А. Кириков, Е.В. Пронина, Т.Р. Волк, Р. Панкрат, М. Велеке. ФТТ 43, 11, 000 (2001).

из литературы невоспроизводимость различных свойств [18] A.S. Bhalla, R. Guo, L.E. Cross, G. Burns, F.H. Dacol, релаксоров и связать ее с частичным ”замораживанием” R.R. Neurgaonkar. Phys. Rev. B36, 4, 2030 (1997).

поляризации после приложения внешних воздействий [19] В.И. Диткин, А.П. Прудников. Справочник по операцион(электрического поля). Исследования кинетики поляриному исчислению. Высш. шк., М. (1965). С. 466.

зации других сегнетоэлектриков указывают также на [20] F. Allberici, P. Doussineau, A. Levelut. J. Phys. I France 7, 2, то, что некоторые аналогичные признаки структурного 329 (1997).

беспорядка в менее выраженной форме можно наблю[21] В.В. Гладкий, В.А. Кириков, Е.С. Иванова, С.В. Нехлюдов.

дать и в обычных однородных кристаллах. При этом ФТТ 41, 3, 499 (1999).

такая ”вытянутая” (”slim”) форма петли гистерезиса, [22] В.В. Гладкий, В.А. Кириков. ФТТ 43, 1, 111 (2001).

наблюдаемая в традиционно используемых низкочастотных электрических полях, в отличие от прямоугольной формы является самым простым признаком отсутствия у исследуемого образца кристалла однозначного коэрцитивного поля [21,22].

Основные результаты работ могут быть использованы для характеризации различных неоднородных материалов с долгоживущими метастабильными состояниями.

Авторы признательны Л.И. Ивлевой (НЦЛМиТ ИОФРАН) и Р. Панкрату (физический факультет университета г. Оснабрюка, Германия) за предоставление кристаллов SBN различных составов, С.Г. Лушникову (ФТИ РАН) — за кристалл PMN, С.В. Нехлюдову — за подготовку измерительной аппаратуры.

Список литературы [1] Г.А. Смоленский, В.А. Боков, В.А. Исупов, Н.Н. Крайник, Р.Е. Пасынков, М.С. Шур. Сегнетоэлектрики и антисегнетоэлектрики. Наука, Л. (1971). С. 355.

[2] М. Лайнс, А. Гласс. Сегнетоэлектрики и родственные им материалы. Мир, М. (1981). С. 316.

[3] L.E. Cross. Ferroelectrics 76, 241 (1987).

[4] R.R. Neurgaonkar, J.R. Oliver, W.K. Cory, L.E. Cross, D. Viehland. Ferroelectrics 160, 265 (1994).

[5] Т.Р. Волк, В.Ю. Салобутин, Л.И. Ивлева, Н.М. Полозков, Р. Панкрат. ФТТ 42, 11, 2066 (2000).

[6] S. Kawai, T. Ogawa, H.S. Lee, R.C. DeMattei, R.S. Feigelson.

Appl. Phys. Letts. 73, 6, 768 (1998).

[7] А.А. Каминский, Х. Гарсия-Золе, С.Н. Багаев, Д. Хаке, Х. Кампани. Квантовая электроника 25, 12, 1059 (1998).

[8] J.J. Romero, D. Jaque, J. Garcia Sole, A.A. Kaminskii. Appl.

Phys. Letts. 78. 14, 1961 (2001).

[9] Н.Н. Крайник, Л.С. Камзина. ФТТ 34, 5, 999 (1992).

[10] В.В. Гладкий, В.А. Кириков, С.В. Нехлюдов, Т.Р. Волк, Л.И. Ивлева. Письма в ЖЭТФ 71, 1, 328 (2000).

[11] В.В. Гладкий, В.А. Кириков, С.В. Нехлюдов, Т.Р. Волк, Л.И. Ивлева. ФТТ 42, 7, 1296 (2000).

[12] В.В. Гладкий, В.А. Кириков, Т.Р. Волк, Л.И. Ивлева. ЖЭТФ 120, 8, 1 (2001).

[13] P.B. Jamieson, S.C. Abrahams, J.L. Bernstein. J. Chem. Phys.

48, 5048 (1968).

[14] Ю.С. Кузьминов. Сегнетоэлектрические кристаллы для управления лазерным излучением. Наука, М. (1982).

С. 400.

[15] В.В. Гладкий, В.А. Кириков, С.В. Нехлюдов, Е.С. Иванова.

ФТТ 39, 11, 2046 (1997).

[16] Z.-G. Ye, H. Schmid. Ferroelectrics 145, 83 (1993).

Физика твердого тела, 2002, том 44, вып.

Pages:     | 1 ||



© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.