WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     || 2 |
Физика твердого тела, 1998, том 40, № 3 Индуцированный электрическим полем фазовый переход в монокристаллах цинкониобата свинца © Л.С. Камзина, Н.Н. Крайник Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе Российской академии наук, 194021 Санкт-Петербург, Россия (Поступила в Редакцию 8 июля 1997 г.

В окончательной редакции 16 сентября 1997 г.) С помощью диэлектрических измерений, а также измерений оптического пропускания и малоуглового рассеяния света исследовалось поведение релаксорного сегнетоэлектрика цинкониобата свинца в электрических полях. Обнаружено существование индуцированного полем фазового перехода из усредненной кубической фазы в макродоменную сегнетоэлектрическую фазу. Проведено сравнение со свойствами индуцированной фазы в классическом релаксоре — магнониобате свинца.

Кристаллы цинкониобата свинца PbZn1/3Nb2/3O3 Все вышеописанные явления достаточно хорошо из(PZN) принадлежат к классу релаксорных сегнетоэлек- учены в кристаллах PMN, в то время как для кристалтриков со всеми присущими этому классу особенностя- лов PZN сведения об индуцированном электрическим ми: наличие широкого максимума в температурной зави- полем фазовом переходе в литературе практически отсимости диэлектрической проницаемости (T ) и зависи- сутствуют. Впервые об индуцированном сегнетоэлектрическом фазовом переходе в кристаллах PZN с темпемость температуры этого максимума и максимальной вературой максимума Tmax 400 K упоминалось в рабо= личины от частоты, наличие петель диэлектрического те [10]. При охлаждении кристалла в сильном электричегистерезиса выше максимума, отсутствие спонтанного ском поле, большем некоторого критического значения двупреломления вплоть до температур жидкого азота и (Ecr 20 kV/cm), и последующем нагреве в меньшем ряд других свойств.

поле при 375 K наблюдался максимум интенсивности Хотя изучение физических свойств релаксорных сегМРС. Авторы объясняли это тем, что при охлаждении нетоэлектриков длится уже более сорока лет, однакристалла в поле возникает однородное макродоменное ко однозначной интерпретации природы возникающих сегнетоэлектрическое состояние, разрушение которого низкотемпературных фаз нет до настоящего времени.

при нагреве образца проходит по типу протекательноМногочисленные эксперименты по изучению диэлектриго фазового перехода с образованием ”бесконечного” ческих, оптических и других свойств возникающих фаз кластера. В работе [11] при исследовании доменной (ниже Tmax) были проведены в основном на типичном структуры и двупреломления в аналогичном кристалле представителе релаксорных соединений — магнониобате PZN, вырезанном вдоль направления 111, обнаружесвинца PbMg1/3Nb2/3O3 (PMN) [1–5]. В отсутствие но существование четырех фазовых областей: параэлекэлектрического поля в PMN не обнаружено фазового трической фазы, сегнетоэлектрической микродоменной перехода из релаксорного состояния в сегнетоэлектрифазы, сегнетоэлектрической макродоменной фазы и сегческую фазу, сопровождающегося изменением симменетоэлектрической ”замерзшей” макродоменной фазы.

трии и возникновением сегнетоэлектрических доменов.

Диэлектрические измерения, проведенные в этой работе, Приложение в кристаллу PMN небольшого постоянного подтвердили существование фазового перехода с темпеэлектрического поля (Ecr > 1.7kV/cm) вдоль направлературой, не зависящей от частоты, из микродоменной ния 111 вызывает индуцированный фазовый переход в фазы в макродоменную в полях выше 15 kV/cm.

сегнетоэлектрическую фазу, сопровождающийся появлеВсе эти немногочисленные работы касались индуциронием дополнительных аномалий в температурной завиванного фазового перехода в кристаллах PZN с темперасимости диэлектрической проницаемости и некоторых турой максимума (T ) 400-410 K. В работах [12,13] оптических свойствах, причем характер обнаруженных исследования проводились на кристаллах PZN, у котоаномалий принципиально зависит как от величины и рых максимум (T ) наблюдался в районе 323 K. В направления электрического поля, так и от режима его работе [12] на основании оптических и диэлектричеприложения [4,6–8].

ских измерений был сделан вывод о том, что причиной В работе [9] в экспериментах по малоугловому расразличий температур максимума (T ) является разная сеянию света (МРС) в кристаллах PMN нами были степень упорядочения ионов Zn и Nb. Кристаллы PZN обнаружены узкие пики интенсивности МРС, свидетельс более высокой температурой максимума (T ) имеют ствующие о перколяционной природе индуцированного более четкий фазовый переход, чем кристаллы с более полем фазового перехода из релаксорного состояния в низкой температурой максимума. Индуцированные посегнетоэлектрическую фазу. Было показано, что возни- лем фазовые переходы в кристаллах с более низкой Tmax кающая в области этого перехода крупномасштабная совсем не изучались.

пространственно-неоднородная структура является фрак- Целью данной работы являлось исследование возтальным объектом. можности существования индуцированного электриче528 Л.С. Камзина, Н.Н. Крайник ским полем сегнетоэлектрического фазового перехода соответствует температуре деполяризации образца. Этот в кристаллах PZN с Tmax = 323 K (PZN I) с помощью результат свидетельствует о том, что при охлаждении диэлектрических и оптических методов и сравнение кристалла в поле, величина которого выше некоторого порогового значения, индуцируется полярная макродополученных результатов с результатами исследований менная фаза, которая остается в замерзшем состоянии кристаллов PZN с Tmax 400 K (PZN II) и классического после снятия поля при 100 K. При нагревании кристалла релаксора PMN для выявления общих закономерностей возникновения и свойств индуцированной низкотемпера- в таком полярном состоянии в нулевом поле в области турной сегнетоэлектрической фазы, наблюдаемой в сег- температур Td0 230 K происходит тепловая деполяризация образца. Эта температура не зависит от величины нетоэлектриках с размытым фазовым переходом. Диэлекэлектрического поля, приложенного при охлаждении трические измерения, а также измерения оптического образца, и совпадает с температурой, определенной нами пропускания и рассеяния света на малые углы могут из температурной зависимости оптического пропускания дать важную информацию о процессах зарождения и предварительно заполяризованного образца, снятой в разрушения кластеров возникающей фазы в процессе скрещенных николях.

прохождения фазового перехода.

Кривыми 3 и 4 представлены температурные зависимости интенсивности МРС, соответствующие режиму 1. Экспериментальные результаты FHaZFC. Видно, что приложение электрического поля и их обсуждение 5 kV/cm и более при 100 K и последующий нагрев в поле не вызывают изменений интенсивности МРС Нами проведено исследование диэлектрических вплоть до температуры Tph (кривая 3). При этой темсвойств, оптического пропускания и МРС в кристаллах пературе, зависящей от величины приложенного поля, PZN I при приложении постоянных внешних наблюдается увеличение рассеяния света, связанное, посмещающих полей напряженностью до 15 kV/cm.

видимому, с возникновением неоднородного макродоМонокристаллы выращивались методом спонтанной менного полярного состояния. Интервал существования кристаллизации из раствора в расплаве PbO с этого макродоменного состояния зависит от величины добавлением 3% тетраборнокислого натрия [13].

электрического поля: чем больше поле, тем больше Измерения проводились на образцах, представляющих температурная область существования этой фазы (крисобой параллелепипед с размером 2 1.5 1 mm, вая 4). Наблюдаемое изменение интенсивности МРС вырезанный из монокристалла. Серебряные электроды в определенном температурном интервале свидетельнаносились на плоскость, ориентированную ствует об индуцировании сегнетоэлектрической фазы с перпендикулярно оси 111. Свет распространялся вдоль достаточно крупными макродоменными областями. При направления 110. Схема установки для измерения температуре Td это состояние разрушается, что приводит температурных и полевых зависимостей интенсивности к уменьшению рассеяния. Вопрос о природе фазы, возМРС описана в [14]. Диэлектрические измерения проводились в частотном диапазоне 30–500 kHz.

Использовались различные режимы приложения электрического поля: 1) охлаждение в поле (FC);

2) нагрев без поля после охлаждения в поле (ZFHaFC);

3) нагрев в поле после охлаждения без поля (FHaZFC);

4) нагрев в поле после охлаждения в поле (FHaFC). Для устранения остаточных эффектов образец перед каждым измерением отжигался при 450 K. Электрическое поле прикладывалось к образцу при 100 или 450 K в зависимости от режима измерения.

На рис. 1 приведены результаты измерений температурной зависимости интенсивности МРС (угол рассеяния 20 ) для двух режимов приложения поля: FHaZFC и ZFHaFC. В полях до 2.8 kV/cm никаких существенных изменений интенсивности МРС при изменении температуры не обнаружено при любом способе приложения поля (кривая 1). В полях, больших 3 kV/cm, заметно изменение интенсивности МРС в определенном температурном интервале. Так, на кривой 2, соответствующей режиму приложения поля ZFHaFC (10 kV/cm), четко Рис. 1. Температурные зависимости интенсивности малоугловидно резкое уменьшение интенсивности МРС, происвого рассеяния света (угол рассеяния 20 ) в кристалле PZN I ходящее в интервале температур от 180 K вплоть до в разных электрических полях для двух режимов приложения температуры Td0 =230 K, выше которой интенсивность электрического поля в направлении [111]. 1, 2 — ZFHaFC, рассеяния практически не меняется. Эта температура 3, 4 —FHaZFC. E (kV/cm): 1 —2.5, 2, 4 — 10, 3 —5.

Физика твердого тела, 1998, том 40, № Индуцированный электрическим полем фазовый переход в монокристаллах цинкониобата свинца никающей выше Td, остается неясным. Это может быть или параэлектрическая фаза, или, как предполагалось в работе [11] для кристалла PZN II, сегнетоэлектрическая микродоменная фаза.

Обнаруженные по светорассеянию температуры аномалий подтверждаются данными диэлектрических измерений. На рис. 2 показаны типичные температурные зависимости тангенса угла диэлектрических потерь для кристалла PZN I в разных электрических полях (режим ZFHaFC) на частотах 50 и 450 kHz. В отсутствие электрического поля (кривая 1) никаких дополнительных аномалий кроме основного максимума не обнаружено.

При нагревании кристалла в отсутствие поля после охлаждения в поле на кривых 2–4 четко видна при температуре Td0 230 K дополнительная аномалия, не зависящая от величины поля. При этой температуре происходит термическая деполяризация образца. Эта темпеРис. 3. Температурная зависимость интенсивности МРС для ратура также не зависит от частоты измерительного поля кристалла PMN в электрическом поле 3 kV/cm вдоль [111] (кривая 4).

(угол рассеяния 30, режим FHaZFC).

Сравним полученные результаты по рассеянию света для кристалла PZN I с данными для кристалла PMN и PZN II, полученными нами ранее [9,10]. На рис. напряженностью до 10 kV/cm. Одной из предполагаемых приведена температурная зависимость МРС для крипричин такого различия в поведении МРС в кристаллах сталла PMN в поле 3 kV/cm (режим FHaZFC), угол PMN и PZN может быть следующая: в кристаллах PZN рассеяния 30 ). В отличие от PZN в кристалле PMN структура индуцируемой сегнетоэлектрической фазы мепри температуре возникновения сегнетоэлектрической нее однородна. Размеры макродоменных областей этой фазы четко виден узкий пик интенсивности МРС, свисегнетофазы, образовавшихся в электрическом поле до детельствующий о перколяционной природе возникнове10 kV/cm, еще недостаточны для создания ”бесконечния сегнетоэлектрической фазы. Из рис. 3 видно, что ного” макродоменного кластера, который привел бы к процесс разрушения индуцированного сегнетоэлектрипоявлению пиков интенсивности МРС в гетерофазной ческого состояния происходит более плавно. В исслеобласти. Можно предположить, что с увеличением надованном нами кристалле PZN I (рис. 1) картина заропряженности электрического поля в кристаллах PZN I ждения и разрушения сегнетоэлектрического состояния может возникнуть однородное макродоменное состояболее симметричная: узких пиков не обнаружено ни ние и процесс образования и (или) разрушения этого при каком режиме приложения электрического поля с состояния будет проходить по типу протекательного фазового перехода с образованием ”бесконечного” кластера. Действительно, такая картина наблюдалась нами в кристаллах PZN II. На рис. 4 приведены температурные зависимости интенсивности МРС для кристалла PZN II в разных электрических полях, приложенных в направлении [100]: режим ZFHaFC (кривая 1) и FHaFC (кривые 2,3). После охлаждения кристалла в полях 20 kV/cm в температурной зависимости интенсивности МРС, снятой при нагреве, наблюдается пик. С увеличением напряженности электрического поля, приложенного к образцу при нагревании, интенсивность МРС в максимуме увеличивается, а сам максимум размывается.

Кристаллы PZN I, исследованные в данной работе, являются более разупорядоченными и характеризуются большим различием между температурами максимумов (T ) и температурами деполяризации Td0, чем кристаллы PZN II [11,12]. Поэтому есть все основания предполагать, что для создания ”бесконечного” макродоменного кластера потребуются электрические поля, большие Рис. 2. Температурные зависимости тангенса угла диэлекполей, использованных в данной работе, достигавших трических потерь для кристалла PZN I на частоте 50 (1–3) 15 kV/cm и приложенных в направлении [111]. Иси 450 kHz (4) в разных электрических полях E в направлепользование таких больших полей затруднено с экспении [111] для режима ZFHaFC. E (kV/cm): 1 —0, 2, 4 — 12, риментальной точки зрения. Кроме того, большие поля 3 — 14.

10 Физика твердого тела, 1998, том 40, № 530 Л.С. Камзина, Н.Н. Крайник отличаются от PMN. В более упорядоченных кристаллах PZN II с более высокими температурами максимумов (T ) при нагреве кристалла (после предварительного охлаждения в электрическом поле вдоль [100] с напряженностью выше 20 kV/cm) удалось наблюдать перколяционный фазовый переход разрушения макродоменного сегнетосостояния. В кристаллах PZN I с меньшей степенью упорядочения и более низкими температурами максимумов (T ) приложение электрических полей до 15 kV/cm даже в направлении спонтанной поляризации [111] не приводит в процессе фазового перехода в макродоменное сегнетоэлектрическое состояние к возникновению ”бесконечного” кластера и как следствие к перколяционному фазовому переходу.

Рис. 4. Температурные зависимости интенсивности МРС в Одной из возможных причин различия условий возниккристалле PZN II в разных электрических полях E (направле- новения перколяционного фазового перехода в кристалние [100]). 1 — режим ZFHaFC, 2, 3 — FHaFC. Кристалл лах PMN и PZN может быть различная природа высокопредварительно охлаждался в поле 20 kV/cm: E = 0 (1), 2 (2), температурной фазы: в PMN имеются данные о возник10 kV/cm (3). Угол рассеяния 30.

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.