WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 ||

Большие значения Rfast для остальной части NaNO(рис. 8), имеющие тот же порядок величины, что и спинрешеточная релаксация Na в вязких жидкостях [12], указывают на быстрое молекулярное движение. В этом случае релаксация продольной намагниченности ядер со спином I = 3/2 описывается суммой двух экспонент [13] Рис. 8. Температурная зависимость скорости спин-решеточM(t) 4 eQ ной релаксации Rfast в образце №2. 1 — нагрев, 2 — после- = 1 - b exp -2 J-22(20)t M0 дующее охлаждение.

1 eQ + exp 2 J-11(0)t, (2) где e — заряд электрона, 0 — ларморовская частота, Q — ядерный квадрупольный момент, J-ii() — спектральные плотности на частоте функции корреляции градиентов внутрикристаллических полей в месте расположения ядра. В приближении одного времени корреляции c [13] показатели экспонент в (2) сводятся к виду -22(Cq)2ct/5 1 + k20c2, (3) где k = 1, 2; Cq — эффективная константа квадрупольного взаимодействия [13]. Несмотря на то что восстановление намагниченности согласно (2) не является экспоненциальным, оно очень близко к экспоненциальному при любом соотношении 0 и c, как показано в [14].

Это оправдывает аппроксимацию быстрой компоненты релаксации вторым слагаемым в правой части уравнения (1).

Рис. 9. Температурная зависимость доли a NaNO2 в расплав- Сопоставление (2) со значениями Rfast позволяет ленном состоянии для образца № 2. 1 — нагрев, 2 — после- оценить время корреляции c. Такой расчет был продующее охлаждение.

веден нами для образца № 2. Полученная температурная зависимость времени корреляции представлена на рис. 10. При расчете учитывалось что, согласно (2), максимальная скорость релаксации достигается при релаксации Na в порошке NaNO2 и зависимость Rslow условии c0 = 0.55 или c = 8.3 · 10-10 s. Это условие в процессе другого нагрева. Из рис. 7 следует, что соответствует максимуму на рис. 8 и позволяет найскорость медленной компоненты релаксации имеет темти квадрупольную константу Cq = 0.96 MHz. Отметим, пературную зависимость, аналогичную характерной для что полученное значение Cq очень близко к значению релаксации в объемном нитрите натрия. Этот результат квадрупольной константы в объемном NaNO2, равному согласуется с данными, опубликованными ранее для 1.1 MHz [9]. Короткое время корреляции для расплавNaNO2, внедренного в мезопористую матрицу SBA-ленной части NaNO2 объясняет узкую линию ЯМР при с размером пор 52 [8] и в пористое стекло [5] с высоких температурах, когда a приближается к единице размером пор около 80. (рис. 9).

Физика твердого тела, 2006, том 48, вып. 556 C.В. Барышников, Е.В. Стукова, Е.В. Чарная, Cheng Tien, M.K. Lee, W. Bhlmann, D. Michel релаксационных процессов типа максвелл-вагнеровской релаксации (см. работу [15] и ссылки в ней).

Например, моделируя, как в [15], исследуемые гетерогенные системы простейшим набором последовательно соединенных RC-элементов двух типов, имеющих параметры, соответствующие пористой матрице и NaNOв порах, нетрудно, используя результаты работы [15], получить для эффективной диэлектрической проницаемости образца в целом следующее приближенное выражение:

d1 = 1 + m, (4) 2 2 2 dm 1 + 20md1/1 dm где 1 и m — проницаемости нитрита натрия в порах и пористой матрицы соответственно, 1 — проводимость нитрита натрия в порах, 0 — электрическая постоянная, — частота, на которой проводятся измерения, dи dm — размеры частиц нитрита натрия и стенок пористой матрицы. При выводе (4) предполагалось, что проводимость пористой матрицы значительно меньше Рис. 10. Зависимость времени корреляции c от обратной проводимости NaNO2 в порах и dm d1. Использование температуры для образца № 2. Прямая построена по методу даже такой грубой модели позволяет объяснить знанаименьших квадратов для нахождения энергии активации.

чительное возрастание диэлектрической проницаемости гетерогенного образца с проводящими включениями за счет различия d1 и dm. На низких частотах для быстрой Изменение c с температурой хорошо описывается максвелл-вагнеровской релаксации роль второго слагауравнением Аррениуса c = 0 exp(Ea/kBT ) с энергией емого в выражении (4) максимальна и уменьшается с активации Ea = 0.44 eV. Расчет энергии активации на ростом частоты в качественном согласии с рис. 2.

основе температурной зависимости электропроводности Для расчета диэлектрических свойств неоднородных затруднен тем, что возрастание электропроводности структур без учета или с учетом проводимости также обусловлено не только увеличением подвижности, но традиционно используются соотношения Лихтенеккера, и увеличением доли расплавленного NaNO2 в порах выведенные для обобщенной модели последовательно (рис. 9). Тем не менее можно оценить энергию актии параллельно соединенных RC-цепочек [16,17]. Исвации для образца № 2 из температурной зависимости пользуя формулы Лихтенеккера [17] и предполагая, что электропроводности на участке температур от 370 до основные потери обусловлены сквозной проводимостью 450 K, на котором, согласно рис. 9, доля расплава при NaNO2 в порах, для диэлектрической проницаемости нагреве меняется слабо (см. вставку на рис. 4). Полудвухкомпонентной системы NaNO2–пористая матрица ченная энергия активации равна 0.47 eV, что практически имеем совпадает с величиной, определенной из времени корреx ляции.

1 2 2 1-x = 1 + m cos x arctg, (5) Таким образом, температурная зависимость электро10 проводности на частоте 1 MHz в молекулярных решетках, заполненных NaNO2, и быстрая компонента спин- где x — объемная концентрация NaNO2. Соотношерешеточной релаксации натрия для NaNO2 в условиях ние (5) предсказывает увеличение действительной части ограниченной геометрии обусловлены общими причина- эффективной диэлектрической проницаемости образца ми, например быстрой молекулярной подвижностью для за счет проводимости включений NaNO2, а также уменьрасплавленной части NaNO2 в нанопорах.

шение и возрастание относительного вклада 1 с Обнаруженное методом ЯМР сосуществование рас- ростом частоты в соответствии с экспериментальныплавленного и объемоподобного нитрита натрия в по- ми данными. Однако соотношение (5), как и (4), не рах позволяет также объяснить аномально высокие позволяет дать согласованное количественное описание значения диэлектрической проницаемости для образцов результатов диэлектрических измерений.

мезопористых решеток, заполненных NaNO2. Для ана- Отметим, что механизм старения образцов, при колиза результатов диэлектрических измерений следует тором происходит уменьшение пика диэлектрической учитывать, что исследуемые образцы состоят из частей, проницаемости (рис. 3), неясен и требует дальнейшего имеющих различную проводимость и диэлектрические изучения. ЯМР-измерения показали, что при старении свойства. В таких системах возможно возрастание эф- образцов также уменьшается относительная доля расфективной диэлектрической проницаемости вследствие плавленной фазы NaNO2 в порах.

Физика твердого тела, 2006, том 48, вып. Диэлектрические и ЯМР-исследования нанопористых матриц, заполненных нитритом натрия Из рис. 1 следует, что пик, соответствующий се- [7] S.B. Vakhrushev, Yu.A. Kumzerov, A. Fokin, A.A. Naberezhnov, B. Zalar, A. Lebar, R. Blinc. Phys. Rev. B 70, 13, гнетоэлектрическому фазовому переходу, сдвигается к 132 102 (2004).

высоким температурам при уменьшении размера пор.

[8] Cheng Tien, Е.В. Чарная, С.В. Барышников, M.K. Lee, Теория Ландау предсказывает для изолированных малых S.Y. Sun, D. Michel, W. Bhlmann. ФТТ 46, 12, 2224 (2004).

частиц и тонких пленок снижение температуры фазового [9] J.K. Jung, O.H. Han, S.H. Choh. Solid State Commun. 110, перехода с уменьшением размера частиц (см. работу [18] 10, 547 (1999).

и ссылки в ней). Однако экспериментально для тонких [10] A. Avogadro, G. Bonera, A. Rigamonti. J. Magn. Res. 20, 4, пленок на подложке были обнаружены более сложные 399 (1975).

размерные зависимости. В частности, было показано, [11] L. Pandey, D.G. Hughes. J. Phys.: Cond. Matter 4, 33, что при определенных условиях температура фазового (1992).

перехода в тонких пленках может сначала понижаться, а [12] S. Sen, J.F. Stebbins. Phys. Rev. B 55, 6, 3512 (1997).

[13] P.S. Hubbard. J. Chem. Phys. 53, 3, 985 (1970).

затем расти при уменьшении толщины пленки.

[14] T. Tokuhiro. J. Magn. Res. 76, 1, 22 (1988).

Одним из основных результатов настоящей работы [15] J. Liu, Ch.-G. Duan, W.-G. Yin, W.N. Mei, R.W. Smith, является вывод о сосуществовании в нанопорах объемоJ.R. Hardy. Phys. Rev. B 70, 14, 144 106 (2004).

подобной сегнетоэлектрической и расплавленной фаз [16] П.Т. Орешкин. Физика полупроводников и диэлектриков.

нитрита натрия. Обращает на себя внимание тот факт, Высш. шк., М. (1977). 448 с.

что температура сегнетоэлектрического фазового пере[17] С.В. Барышников. Вестн. Амур. науч. центра. Сер. 2.

хода в порах незначительно смещается относительно Tb, Физика, химия, материаловедение (АмурНЦ ДВО РАН) несмотря на малые размеры частиц нитрита натрия и 1, 33 (1997).

наличие расплавленной фазы. Можно предположить, что [18] W.L. Zhong, Y.G. Wang, P.L. Zhang, B.D. Qu. Phys. Rev. B 50, 2, 698 (1994).

сегнетоэлектрическая фаза стабилизируется взаимодействием частиц в порах между собой, как это наблюдалось для сверхпроводящего фазового перехода [3].

Таким образом, проведенные диэлектрические и ЯМР-исследования NaNO2 в молекулярных решетках MCM-41 и SBA-15 выявили сосуществование в условиях ограниченной геометрии двух различных фаз нитрита натрия. Одна фаза имеет свойства, подобные свойствам объемного нитрита натрия, включая сегнетоэлектрический фазовый переход. Эта фаза ответственна за наличие пиков диэлектрической проницаемости и максимумов скорости спин-решеточной релаксации Na для медленно релаксирующей компоненты. Остальная часть нитрита натрия в порах находится в расплавленном состоянии. Доля расплава увеличивается с ростом температуры. Наличие расплавленной фазы объясняет высокую электропроводность образцов и существование быстрой компоненты спин-решеточной релаксации Na, а также аномальное возрастание эффективной диэлектрической проницаемости образцов.

Список литературы [1] H.K. Christenson. J. Phys.: Cond. Matter 13, 11, R95 (2001).

[2] B.F. Borisov, E.V. Charnaya, P.G. Plotnikov, W.-D. Hoffmann, D. Michel, Yu.A. Kumzerov, C. Tien, C.-S. Wur. Phys.

Rev. B 58, 9, 5329 (1998).

[3] E.V. Charnaya, C. Tien, K.J. Lin, Yu.A. Kumzerov, C.-S. Wur.

Phys. Rev. B 58, 1, 467 (1998).

[4] S.V. Pankova, V.V. Poborchii, V.G. Solovev. J. Phys.: Cond.

Matter 8, 12, L 203 (1996).

[5] Е.В. Чарная, C. Tien, В.С. Касперович, Ю.А. Кумзеров. Тез.

докл. XVI Всерос. конф. по физике сегнетоэлектриков.

Тверь (2002). С. 131.

[6] A.V. Fokin, Yu.A. Kumzerov, N.M. Okuneva, A.A. Naberezhnov, S.B. Yakhrushev, I.V. Golosovsky, A.I. Kurbakov.

Phys. Rev. Lett. 89, 17, 175 503 (2002).

Физика твердого тела, 2006, том 48, 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.