WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     || 2 |
Физика твердого тела, 2003, том 45, вып. 3 Воздействие слабых импульсных магнитных полей на кристаллы триглицинсульфата © М.Н. Левин, В.В. Постников, М.Ю. Палагин, А.М. Косцов Воронежский государственный университет, 394693 Воронеж, Россия Воронежская государственная лесотехническая академия, 394613 Воронеж, Россия Воронежский государственный технический университет, 394026 Воронеж, Россия E-mail: levin@lev.vsu.ru (Поступила в Редакцию 9 апреля 2002 г.

В окончательной редакции 17 июня 2002 г.) Вперые обнаружено влияние слабых ( 0.02 T) импульсных магнитных полей на сегнетоэлектрические и диэлектрические характеристики номинально чистых кристаллов триглицинсульфата. После кратковременного (секунды) импульсного магнитного воздействия наблюдались долговременные (сотни часов) изменения коэрцитивного поля, температурных зависимостей диэлектрической проницаемости, тангенса угла диэлектрических потерь и времени релаксации диэлектрической проницаемости вблизи сегнетоэлектрического фазового перехода. Предполагается, что обнаруженные эффекты обусловлены откреплением доменных стенок и дислокаций от стопоров с последующим формированием новых дефектной и доменной структур.

К настоященому времени накоплен достаточно боль- Все это свидетельствует о целесообразности поиска и шой объем экспериментальных данных, свидетельствую- возможности обнаружения новых индуцированных ИМП эффектов в сегнетоэлектриках.

щих об уникальной способности относительно слабых (< 1T) импульсных магнитных полей (ИМП) суще- В данной работе впервые исследовалось влияние слабых ( 0.02 T) ИМП на сегнетоэлектричественным образом воздействовать на реальную структуские, диэлектрические и структурные характеристики ру и свойства немагнитных твердотельных материалов номинально чистых кристаллов ТГС. Кристалл ТГС различной природы. В качестве примеров индуцирован(CH2NH2COOH)3 · H2SO4 был выбран в качестве моных ИМП эффектов можно назвать распад примесных дельного объекта исследования, поскольку его доменфаз в щелочно-галоидных кристаллах (ЩГК) [1], измененая структура отличается высокой чувствительностью ние пластичности (магнитопластический эффект) ЩГК к внешним воздействиям, а сегнетоэлектрические и и немагнитных металлов [2–4], структурные изменения диэлектрические свойства достаточно хорошо изучев кристаллах кремния [5], полупроводниковых соедины [22,23].

нениях AIIIBV [6,7], AIIBVI [8], оксидных стеклах [9], молекулярных кристаллах [10] и кристаллизующихся полимерах [11,12].

1. Методика эксперимента Известно, что чувствительность к воздействию магПрежде всего подчеркнем, что в отличие от большиннитных полей могут проявлять и сегнетоэлектрики [13].

ства ранее проводившихся исследований в данной рабоСильные магнитные поля (> 10 T) способны измете контролировались изменения характеристик мегнетонить фундаментальные характеристики сегнетоэлектриэлектрика не во время магнитного воздействия, а после ков: температуру Кюри, частоту мягкой моды [14,15].

него.

Меньшие поля (< 1T) влияют на динамику доменной В качестве сегнетоэлектрических характеристик криструктуры, взаимодействуя с магнитными моментами сталла ТГС измерялись коэрцитивное поле Ec и точка движущихся доменных стенок (магнитодоменный эфКюри — температура сегнетоэлектрического фазового фект) [16–18]. Магнитодоменным эффектом, в частноперехода Tc. Диэлектрические характеристики исследости, объясняется магнитное воздействие на стартовые вались по температурным зависимостям активной сополя хаоса в кристаллах триглицинсульфата (ТГС) [19].

ставляющей диэлектрической проницаемости (T ) и В магнитных полях меняется характер взаимодействия тангенса угла диэлектрических потерь tg (T ) вблизи подвижных заряженных дефектов с доменными стенкасегнетоэлектрического фазового перехода. Изменения ми, что проявляется, например, в изменении характера реальной структуры кристалла ТГС, обусловленной диэлектрических потерь [20]. Недавно сообщалось о его дефектностью, контролировались косвенно: по темпрямом наблюдении магнитопластического эффекта в пературной зависимости времени изотермической ресегнетоэлектрических кристаллах [21]. лаксации диэлектрической проницаемости кристалла, 9 514 М.Н. Левин, В.В. Постников, М.Ю. Палагин, А.М. Косцов выведенного из состояния термодинамического равно- с бифилярно намотанным нагревателем. Капсула с обвесия воздействием ИМП. Последний метод основан разцом, измерительными электродами и платиновым на рассмотрении динамики системы доменная стенка– термометром помещалась внутрь соленоида, в котором точеченые дефекты и ранее успешно использовался создавалось ИМП. Отметим, что платиновый термометр для исследования реальной структуры кристалла ТГС не деградировал в результате воздействия ИМП в отличие от первоначально использованнного германиевого при выведении его из термодинамического равновесия измерителя температуры. Вся системы тщательно тепэлектрическим полем [24,25].

лоизолировалась, а регулировка температуры в капсуле Образцы в виде прямоугольных пластин 7 7mm осуществлялась системой ВРТ-2. Временные зависимо толщиной 0.5 mm с полярной осью Y, перпендикулярной сти релаксации диэлектрической проницаемости регибольшим граням, вырезались из монокристалла номистрировались при температуре воздействия с момента нально чистого ТГС, выращенного методом регулируевыключения ИМП.

мого понижения температуры пересыщенного водного раствора. После полировки образцов и промывки их в безводном этиловом спирте на большие грани ме2. Результаты эксперимента тодом термического напыления в вакууме наносились серебряные электроды. Перед исследованиями образцы Воздействие ИМП приводило к долговременному изотжигались на воздухе при T = 350 K в течение 3 h.

менению сегнетоэлектрических параметров кристаллов Воздействие ИМП осуществлялось сериями N = ТГС, а именно к увеличению коэрцитивного поля Ec и симметричных треугольных импульсов с длительностью смещению точки Кюри Tc.

= 40 µs, амплитудой B = 0.02 T и частотой следоваТипичные петли сегнетоэлектрического гистерезиса ния 20 ms. ИМП создавалось периодическим разрядом до и после воздействия ИМП в сегнетофазе представконденсатора через низкоиндуктивный соленоид и конлены на рис. 1. Отметим, что исходная петля смещена тролировалось по току разряда в цепи соленоида и по оси напряжений. Воздействие ИМП приводило к по напряжению индукции на тестовой катушке индук- расширению сегнетоэлектрической петли и устранению тивности. Обработка ИМП проводилась в сегнетофазе ее исходной асимметрии. Исходная форма петли гистепри T = 293 K и в парафазе при T = 328 K. Сегнето- резиса полностью восстанавливалась через десять суток электрическая ось Y ориентировалась параллельно или после воздействия ИМП, если образец хранился при перпендикулярно силовым линиям магнитного поля.

комнатной температуре на воздухе.

Измерения спонтанной поляризации и частотной за- Направление смещения точки Кюри зависело от того, висимости коэрцитивного поля Ec проводилось по стан- в каком фазовом состоянии образец подвергался воздейдартной методике Сойера–Тауэра [22]. ствию ИМП. Как видно из температурных зависимостей Измерения диэлектрической проницаемости и тан- диэлектрической проницаемости (T ), представленных на рис. 2, при обработке образца в полярной фазе темпегенса угла диэлектрических потерь до и после обраратура сегнетоэлектрического перехода уменьшалась на ботки образцов ИМП выполнялись с помощью моста Tc 0.1 K. Смещение точки Кюри, определяемое по Tesla BM 484 (синусоидальным тестовым сигналом с зависимостям (T ), подтверждается таким же смещечастотой = 104 Hz и амплитудой 0.5 V) в специальнием основного максимума температурной зависимости ном термостате с регулировкой температуры системой ВРТ-2. Температура измерялась платиновым термометром сопротивления с погрешностью 2.5 · 10-3 K. Скорость изменения температуры регулировалась в процессе нагрева и составляла 1.2 K/h вблизи Tc.

Эксперимент проводился в следующей последовательности. После измерений исходных значений (T ) и tg (T ) образец извлекался из термостата и помещался в соленоид, где подвергался воздействию ИМП. После обработки ИМП образец вновь включался в измерительную схему в термостате, температура в котором поддерживалась на 1.5 K ниже исходного значения Tc.

На серии образцов, вырезанных из одного кристалла, были проведены исследования изотермической релаксации диэлектрической проницаемости после воздействия ИМП в температурном интервале 318-322.5K, примыкающем к точке Кюри со стороны полярной фазы.

Рис. 1. Влияние обработки ИМП образца ТГС в сегнетофазе Обработка и измерения при заданной для каждого при T = 293 K на форму петли сегнетоэлектрического гистеобразца температуре проводились in situ в специаль- резиса. 1 — для исходного образца, 2 — после воздействия ной измерительной капсуле из молибденового стекла ИМП в течение 30 s. Измерения проводились при T = 310 K.

Физика твердого тела, 2003, том 45, вып. Воздействие слабых импульсных магнитных полей на кристаллы триглицинсульфата электрической проницаемости (рис. 2), а восстановление исходного значения Tc сопровождалось снижением этого максимума ниже исходного значения. Обработка ИМП кристалла в парафазе приводила сразу к снижению максимума его диэлектрической проницаемости (рис. 4).

Основной особенностью индуцированного ИМП изменения температурных зависимостей tg (T ) является расщепление исходного пика tg (T ) на два, что имело место при обработке кристалла ТГС как в сегнетофазе (рис. 3), так и в парафазе (рис. 5). При повторных измерениях неблюдалась тенденция к восстановлению формы tg (T ) с одним максимумом.

На рис. 6 представлена температурная зависимость времени изотермической релаксации диэлектрической проницаемости кристалла ТГС (T ), полученная из Рис. 2. Температурные зависимости диэлектрической прони- семейства кривых изотермической релаксации диэлекцаемости (T ) образца ТГС, обработанного ИМП в сегнетотрической проницаемости серии образцов, каждый из фазе при T = 293 K (в течение 30 s). 1 —исходная, 2–4 —через 1, 24 и 48 h после воздействия ИМП соответственно.

Рис. 4. Температурные зависимости диэлектрической проницаемости (T ) образца ТГС, обработанного ИМП в парафазе при T = 328 K (в течение 30 s). 1 —исходная, 2–4 — через 1, 24 и 48 h после воздействия ИМП соответственно.

Рис. 3. Температурные зависимости тангенса угла диэлектрических потерь tg (T ) образца ТГС, обработанного ИМП в сегнетофазе при T = 293 K. 1 —исходная, 2–4 — через 1, 24 и 48 h после воздействия ИМП соответственно.

tg (T ), приведенной на рис. 3. При повторных измерениях на тех же образцах происходило возвращение Tc к исходному значению.

Зависимости (T ) и tg (T ) образцов, обработанных ИМП в парафазе, приведены на рис. 4 и 5 соответственно. В этом случае смещение максимумов (T ) и tg (T ) происходит на Tc 0.1K в сторону больших темпе ратур. При повторных измерениях исходное значение Tc восстанавливалось.

Воздействие ИМП вызывало также существенное изменение формы зависимостей (T ) и tg (T ) в области Рис. 5. Температурные зависимости тангенса угла диэлектрисегнетоэлектрического перехода.

ческих потерь tg (T ) образца ТГС, обработанного ИМП в Уменьшение Tc кристалла, обработанного ИМП с парафазе при T = 328 K. 1 —исходная, 2–4 — через 1, сегнетофазе, происходило с повышением максимума ди- и 48 h после воздействия ИМП соответственно.

9 Физика твердого тела, 2003, том 45, вып. 516 М.Н. Левин, В.В. Постников, М.Ю. Палагин, А.М. Косцов дефектов-стопоров подобно тому, как известный магнитопластический эффект обусловлен откреплением дислокаций от парамагнитных стопоров. Предполагаемое открепление доменных стенок от стопоров в ИМП увеличивало их подвижность и соответственно вклад боковых смещений доменов в диэлектрическую проницаемость кристалла, а закрепление доменных стенок на вновь образованных дефектах еще не успевало произойти. При больших временах хранения образцов после обработки ИМП происходит диффузионное собирание дефектов на доменных стенках и дополнительное закрепление доменной структуры на индуцировнных ИМП Рис. 6. Зависимость времени релаксации диэлектрической дефектах, что приводит к снижению диэлектрической проницаемости от температуры, при которой проводилась проницаемости, наблюдаемому при повторных измереобработка ИМП, для образцов ТГС. Длительность обработки ниях.

всех образцов 30 s.

Устранение смещения петли сегнетоэлектрического гистерезиса вдоль оси напряжений, наблюдавшееся в результате воздействия ИМП, свидетельствует об исчезкоторых обрабатывался ИМП и релаксировал при ука- новении внутреннего электрического поля, имевшегося занной на рисунке температуре. в исходном кристалле. Внутреннее поле могло быть Описанные выше эффекты возникали при обработ- создано полярными дефектами, упорядоченно закрепке кристаллов ТГС ИМП с магнитной компонентой, ленными на доменных стенках. Исчезновение внутреннаправленной вдоль полярной оси Y. и отсутствовали него поля в результате воздействия ИМП может быть следствием открепления дефектов от доменных стенок при обработке образцов с осью Y, перпендикулярной и разупорядочения их электрических моментов.

магнитному полю.

Известно, что внутреннее поле влияет на температуру сегнетоэлектрического перехода; классическим приме3. Обсуждение результатов ром этого является повышение значения точки Кюри при легировании кристалла ТГС аланином [22].

Проведенные исследования показали, что воздействие Уменьшение внутреннего поля за счет разупорядочеслабых ИМП на кристаллы ТГС вызывают значительные ния дефектов при откреплении их от доменных стенок изменения коэрцитивного поля, диэлектрической пронипозволяет объяснить снижение температуры фазового цаемости и тангенса угла диэлектрических потерь этих перехода Tc в результате обработки ИМП кристалла кристаллов.

в сегнетофазе, а обратный процесс (упорядочение деПоскольку представленные в работе эффекты обнафектов при закреплении их на доменных стенках) — ружены впервые и полная феноменологическая картина повышение Tc при обработке кристалла в парафазе.

не выяснена, на данном этапе исследований возможна Зависимость (T ), представленная на рис. 6, имеет лишь предположительная интерпретация полученных вид, характерный для ранее исследованной зависимости результатов.

времени релаксации 2(T ) системы доменная стенка– Увеличение коэрцитивного поля в результате возточечные дефекты, выведенной из равновесия электридействия ИМП может быть проявлением увеличения ческим полем [24,25]. Это подтверждает предположение дефектности кристалла ТГС, затрудняющей переполярио том, что воздействие ИМП на кристалл ТГС в зацию сегнетоэлектрика за счет дополнительного взаисегнетофазе выводит его из состояния равновесия за модействия дефектов с доменными стенками.

Pages:     || 2 |



© 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.