WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Физика твердого тела, 2006, том 48, вып. 3 Релаксация доменной структуры кристаллов ТГС и ДТГС в процессе статической переполяризации © С.Н. Дрождин, О.М. Голицына, А.И. Никишина, Ф.А. Тума, Д.П. Тарасов Воронежский государственный университет, 394006 Воронеж, Россия E-mail: Golitsynaom@yandex.ru (Поступила в Редакцию 12 мая 2005 г.) Исследованы процессы релаксации доменной структуры в кристаллах ТГС и ДТГС путем выведения ее из состояния равновесия постоянным электрическим полем (метод переполяризации) в широком интервале температур.

PACS: 77.80.Dj, 77.84.Fa, 77.22.Ej 1. Введение петлям диэлектрического гистерезиса при комнатной температуре на частоте 50 Hz.

Непосредственно перед включением постоянного поПроблема релаксационного поведения доменной ля образцы в течение 15 min подвергались воздействию структуры реальных (содержащих дефекты) сегнетопеременного электрического поля с амплитудой E Ec, электрических кристаллов остается актуальной, почто обеспечивало их примерно одинаковое исходное соскольку результаты, полученные с помощью разных стояние, близкое к максимально деполяризованному [2].

экспериментальных методик [1–5], во многом противоречат друг другу. Удовлетворительное объяснение этих противоречий сдерживается отсутствием детальных и 2. Экспериментальные результаты теоретических представлений о механизме релаксационных процессов, протекающих в реальных кристаллах.

Временные зависимости диэлектрической проницае В настоящей работе представлены результаты исслемости измерялись в режиме переполяризации образца дования релаксационного поведения доменной струкпостоянным электрическим полем (рис. 1).

туры кристаллов дейтерированного триглицинсульфаИзмерения временной зависимости емкости образца та (ДТГС) в сравнении с номинально чистым триглиC(t) const · (t) начинались в момент времени ta (точцинсульфатом (ТГС). Степень дейтерирования образцов ка 1 на рис. 1), когда направление поля E= менялось ДТГС, оцененная по положению температуры фазового на противоположное. При этом сначала наблюдалась перехода (Tc 57-59C), составляла 80%. Выбор деполяризация образца (разрушение исходного квазиобъектов исследования определялся тем, что в отличие монодоменного состояния), сопровождающаяся ростом от ТГС динамические свойства доменной структуры значений C (участок 1–2 на рис. 1). Длительность этого кристалла ДТГС (в особенности ее релаксационные свойства) до недавнего времени исследовались крайне мало [2,3].

Образцы исследовавшихся кристаллов представляли собой пластины полярного среза толщиной 0.1 cm и площадью 0.25 cm2 с электродами из напыленного в вакууме серебра. Образцы хранились с одинаковых условиях и не подвергались никаким внешним воздействиям, кроме операции нанесения электродов.

Параметром, по временным зависимостям которого отслеживалось релаксационное поведение кристаллов, являлась диэлектрическая проницаемость, измерявшаяся с помощью моста BM-484 на частоте 1.592 kHz при амплитуде измерительного поля E0 = 3 V/cm.

Внешним воздействием, вызывающим в кристалле релаксационный процесс, служило постоянное электрическое поле E=, подаваемое от источника постоянного напряжения Б5-49. Использовались как меньшие, так и превышающие коэрцитивное поле Ec образцов (в интервале от 0.4Ec до 1.5Ec) значения полей E=.

Рис. 1. Схематическое представление процесса переполяризаЗначения Ec и внутреннего поля Ein определялись по ции для кристаллов ТГС.

8 498 С.Н. Дрождин, О.М. Голицына, А.И. Никишина, Ф.А. Тума, Д.П. Тарасов что видно из сравнения рис. 3 и 4. К такому же результату приводит увеличение внешнего переполяризующего поля (ср. рис. 3 и вставку на рис. 4).

Экспериментально наблюдаемые зависимости (t) отражают динамику доменной структуры кристаллов группы ТГС в процессе статической переполяризации, поэтому в них должны проявиться отдельные этапы этого процесса с их характерными временами [7]. Нарастающему участку кривой (t) соответствуют преимущественно начальное зародышеобразование и торцевое прорастание зародышей доменов. Поскольку эти два этапа являются быстрыми (их длительность не превышает десятков секунд по оценкам [7]) и практически неразрывны, Рис. 2. Временная зависимость диэлектрической проницаемо- длительность начального участка зависимости (t) до сти при переполяризации кристалла ДТГС для различных статочно мала. Следующий этап в эволюции доменной температур. T, C: 1 — 21.0, 2 — 36.0, 3 — 46.0. E = 0.4Ec. На структуры (боковое движение доменных стенок) —провставке — зависимости (t) для кристалла ТГС при различных цесс более длительный ( 102 c) по сравнению с образо температурах. T, C: 1 — 21.0, 2 — 30.0, 3 — 36.0. E = 0.4Ec.

ванием и прорастанием зародышей. Этому этапу может соответствовать начальная часть спадающего участка релаксационной зависимости. Переполяризация кристалла завершается слиянием доменных стенок и в результате процесса составляла от нескольких секунд до 30 min установлением нового равновесного максимально уни(в зависимости от величины поля E= и температуры полярного состояния. Можно предположить, что этому опыта). Максимальные значения Cmax (точка 2 на рис. 1) соответствуют, по-видимому, состоянию полной деполяризации образца.

Далее наблюдалось уменьшение C до установившегося значения C (точка 3 на рис. 1). Спадающий участок зависимости C(t) отвечает переходу образца в монодоменное состояние с противоположным направлением поляризации. Измерения заканчивались в момент времени tb, когда уже не наблюдалось изменений C, превышающих погрешность измерения емкости образца мостовым методом (точка 3 на рис. 1).

На рис. 2 приведены экспериментальные релаксационные зависимости (t) кристаллов ДТГС и ТГС (на вставке), полученные при различных температурах.

Видно, что при низких температурах и в малых переполяризующих полях (E= < Ec) для обоих кристалРис. 3. Зависимости (t) для кристалла ДТГС. 1 — E= Ein, лов отчетливо наблюдается возрастающий участок кри2 — E= Ein. E = 0.4Ec, T = 21.0C.

вой (t), длительность которого для ДТГС значительно больше, чем для ТГС. Причем этот участок не является линейным, как считалось ранее [6]. При измерениях вблизи Tc, а также в полях E= Ec длительность нарастающего участка резко уменьшается из-за быстроты происходящих на этом этапе процессов перестройки доменной структуры, чем и объясняется пренебрежение им в предыдущих работах [2].

Отличительной особенностью релаксационых процессов, наблюдающихся в кристалле ДТГС, является заметное влияние на них внутреннего поля. Из рис. 3 видно, что в случае сонаправленности полей E= и Ein процесс релаксации протекает быстрее (кривая 1). В случае взаимно противоположной ориентации этих полей процесс переполяризации замедляется внутренним полем кристалла (кривая 2).

Рис. 4. Зависимости (t) для кристалла ДТГС. 1 — E= Ein, С ростом температуры влияние внутреннего поля на 2 — E= Ein. E= = 0.4Ec, T = 50.0C. На вставке: 1 — релаксационное поведение кристалла ДТГС ослабевает, E= Ein, 2 — E= Ein. E= = 1.5Ec, T = 20.0C.

Физика твердого тела, 2006, том 48, вып. Релаксация доменной структуры кристаллов ТГС и ДТГС в процессе статической переполяризации (самому продолжительному) этапу ( 5 · 102 s), длительность которого практически не меняется, соответствует конечный пологий участок спадающей ветви релаксационной кривой. Наблюдаемая в эксперименте слабая зависимость этих участков кривых (t) от температуры, а также от величины и направления переполяризующего поля, по-видимому, отражает слабую зависимость от этих факторов и соответствующих стадий перестройки доменной структуры во внешнем поле. Напротив, первые два этапа обнаруживают сильную зависимость от указанных факторов, что хорошо согласуется с другими экспериментальными данными [7].

Обработка кривых (t), проведенная для поиска аналитических зависимостей, которые наилучшим образом описывают экспериментальные релультаты, показала, что и нарастающая (участок 1–2 на рис. 1), и спадающая Рис. 5. Температурные зависимости времени релаксации для (участок 2–3 на рис. 1) ветви кривой (t) аппроксимирукристалла ДТГС. 1 — 1, 2 — 2. E= = 0.4Ec.

ются двумя разными функциями.

Найдено, что начальные участки ветвей наилучшим образом описываются соответственно функциями 0 - max max - (t) = + max и (t) = +. (1) 1 + t/ 1 + t/ Для конечных участков наиболее применимы функции вида (t) =max - (max - 0) exp(-t/ ) и (t) = +(max - ) exp(-t/ ). (2) В (1) и (2) 0, max и — соответственно начальное, масимальное и установившееся значения диэлектрической проницаемости (на рис. 1 этим значениям отвечают точки 1–3), — время релаксации, характеризующее соответствующий участок зависимости (t).

Правильность выбора указанных аппроксимирующих функций подтверждалась построением заисимостей (1) и (2) в координатах y-1-t в случае гиперболической функции и ln y-t в случае экспоненциальной. РассматРис. 6. Полевая зависимость времени релаксации для кристалриваемые зависимости в этих координатах являются ла ДТГС. T = 30.0C.

линейными; по построенным прямым могут быть рассчитаны времена релаксации 1, 2, 3, 4, отвечающие последовательным этапам перестройки доменной структемператур: одна ниже Tc примерно на 10-12C, а туры.

вторая — на 20-25C. В кристаллах ТГС — как в Необходимо отметить, что детальное исследование номинально чистых, так и в дефектных — подобные темспадающих участков зависимости (t) для кристаллов пературные области являются областями спонтанных ТГС и ДТГС уже проводилось нами ранее [2,8,9], поэтому в настоящей работе поведение времен релаксации 3 перестроек доменной структуры, сопровождающихся увеличением числа доменных стенок, в результате чего и 4, соответствующих этим участкам, не обсуждается.

в температурных зависимостях ряда макроскопических Наибольший интерес в данном случае представляет параметров [10–12] наблюдаются аномалии. Очевидно, ранее не изучавшийся нарастающий участок кривой (t) что подобные температурные области перестроек дос его характерными временами 1 и 2. Для номинально менной структуры существуют и в кристалле ДТГС, чистого ТГС из-за очень малой длительности начальных но они более смещены в область низких температур участков кривых (t) расчет 1 и 2 дает большую по отношению к Tc, чем в случае кристалла ТГС.

погрешность. В случае ДТГС подобных затруднений не возникает, и далее речь пойдет о результатах, получен- Возрастание времен релаксации в этих температурных ных только для этого кристалла. интервалах, по-видимому, связано с увеличением числа На рис. 5 представлены температурные зависимо- релаксаторов — доменных стенок в кристалле. Однако сти 1 и 2, которые, как видно, существенно немонотон- при приближении к Tc наблюдается уменьшение, ны и имеют экстремумы, приходящиеся на две области характерное для всех кристаллов группы ТГС [10–12].

8 Физика твердого тела, 2006, том 48, вып. 500 С.Н. Дрождин, О.М. Голицына, А.И. Никишина, Ф.А. Тума, Д.П. Тарасов [5] В.В. Гладкий, В.А. Кириков, Е.С. Иванова. ФТТ 39, 2, 353 (1997).

[6] Л.И. Донцова, Л.Г. Булатова, Э.С. Попов, А.В. Шильников.

Кристаллография 27, 2, 305 (1982).

[7] Л.И. Донцова, Автореф. докт. дис. Воронеж. ун-т, Воронеж (1991). 36 с.

[8] Л.Н. Камышева, А.С. Сидоркин, С.Д. Миловидова. Phys.

Stat. Sol. (a) 84, K 115 (1984).

[9] Л.Н. Камышева, С.Н. Дрождин, О.М. Сердюк. ЖТФ 38, 8, 1607 (1988).

[10] А.М. Солодуха, О.К. Жуков. Фазовые превращения в твердых телах. Воронеж (1982). С. 24.

[11] А.С. Сидоркин, А.М. Косцов, В.С. Зальцберг. ФТТ 27, 7, 2200 (1985).

Рис. 7. Температурные зависимости полей активации для [12] О.М. Голицына, Л.Н. Камышева, С.Н. Дрождин. ФТТ 40, кристалла ДТГС. 1 — E Ein, 2 — E Ein.

1, 116 (1998).

[13] М. Лайнс, А. Гласс. Сегнетоэлектрики и родственные им материалы. М. (1981). 736 с.

Полевые зависимости, представленные на рис. 6, показывают, что с увеличением напряженности переполяризующего поля время релаксации монотонно уменьшается по экспоненциальному закону.

Из полевых зависимостей времен релаксации с помощью уравнения = 0 exp(-/E) [13] были получены значения полей активации релаксационного процесса для кристаллов ДТГС: 600-700 V/cm при T 30.0C. Ранее при исследовании процессов импульсной переполяризации в кристаллах ДТГС (по методике Мерца) нами была получена температурная зависимость поля, представленная на рис. 7. Значения определялись из зависимостей imax = imax exp(-/E) (где imax — максимальный ток, E — внешнее поле), полученных при разных температурах. Как следует из рис. 7, рассчитанные в данной работе значения поля согласуются с результатами других методик.

3. Заключение Сравнительное исследование релаксационного поведения кристаллов ТГС и ДТГС при их переполяризации постоянным электрическим полем показало, что закономерности, наблюдаемые на температурных и полевых зависимостях времен релаксации этих соединений, качественно одинаковы. Главное отличие релаксационного поведения ДТГС заключается в заметно большей длительности релаксации, особенно на начальном участке этого процессса, а также в более сильном влиянии внутренного поля, созданного ростовыми дефектами.

Список литературы [1] Л.И. Донцова, Н.А. Тихомирова, Л.А. Шувалов. Кристаллография 39, 2, 158 (1994).

[2] С.Н. Дрождин, М.А. Куянцев. ФТТ 40, 8, 1542 (1998).

[3] В.В. Иванов, М.В. Колышева, Е.А. Клевцова. Материалы электронной техники 1, 23 (2000).

[4] Л.Н. Камышева, О.М. Голицына, С.Н. Дрождин. Вестн.

ВГТУ. Материаловедение 1, 1, 96 (1996).




© 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.