WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 ||

несобственных сегнетоэлектрических переходах между На рис. 3 представлены параметры порядка BZT, расвысоко- и низкотемпературной ромбоэдрическими фасчитанные с учетом (13) при T 0. Легко проверить, зами, где самопроизвольный поворот кислородных окчто в этом пределе значения параметров порядка совпатаэдров вызывает фазовый переход и вносит вклад в дают: L1 = L2.

спонтанную поляризацию [6]. Симметрия различных Из рисунка видно, что при x > 0.3 доля когерентносегнетоэлектрических фаз и морфотропной области с ориентированных диполей L меньше чем 0.9, что относосуществованием обеих симметрий (пунктирная кривая сится к смешанному сегнетостекольному состоянию [14], на рис. 1) была рассчитана на основе (3), (7), (8) с критическая доля ионов циркония для возникновения тем же набором параметров, которые использовались при расчете температур перехода. Из рис. 1 видно, что морфотропная область находится между x = 0.453 при T = 0 и x = 0.463 при T = 611 K. Следовательно, теоретические расчеты адекватно описывают реальную фазовую диаграмму [13], представленную светлыми квадратами на рис. 1. Заметим, что наилучшее совпадение было достигнуто в предположении, что полуширины i функций распределения для каждой из компонент определяются свойствами другой компоненты твердого раствора. Это подтверждает предположение о том, что источники случайных полей одной из компонент разрушают дальний порядок другой компоненты.

4.2. Ф а з о в а я д и а г р а м м а BaZrxTi1-xO3. Основной компонентой этого твердого раствора является сегнетоэлектрический материал BaTiO3, имеющий три фазовых Рис. 2. Фазовая диаграмма BaZrxTi1-xO3. Светлыми кружка(1) (2) (3) перехода при T2F = 400 K, t2F = 305 K, T2F = 184 K ми, квадратами и треугольниками обозначены экспериментальв сегнетоэлектрическую фазу с тетрагональной, ортоные данные [7]. Рассчитанные температуры перехода: штриромбической и ромбоэдрической симметриями соответховой кривой обозначен переход между тетрагональной (Ft) ственно. BaZrO3 является параэлектриком при всех теми орторомбической (Fo) сегнетоэлектрическими фазами, пункпературах [4]. Для того чтобы согласовать нашу теорию тирной кривой — переход из фазы Fo в сегнетоэлектрическую с вышеупомянутыми экспериментальными фактами, мы ромбоэдрическую фазу (Fr), сплошной кривой — переход из предлагаем следующую модель. параэлектрической кубической фазы (Pc) в фазы Ft, Fr.

Физика твердого тела, 2001, том 43, вып. 886 М.Д. Глинчук, Е.А. Елисеев, В.А. Стефанович вычислений или измерений отношения d1 /d2, которое в нашей модели рассматривалось как подгоночный параметр. Оценка этого отношения на основе известных значений смещений (см., например, [5]) ионов Ti в PbTiO и ионов Zr в PbZrO3 дает значение p = d1 /d2 0.8, в то время как наилучшей подгонки удалось достичь при p = 0.828 (см. раздел 4.1).

Поэтому ничего не известно о смещениях ионов Zr в BaZrO3, допустимо рассчитать отношения k1 = p1/pи k2 = p2/p3, не зависящие от дипольного момента ионов Zr, и сравнить их со значениями, полученными из отношений поляризаций в соответствующих сегнетоэлектрических фазах (см., например, [15]): k1 = 1.8, k2 = 1.4; наша модель дает k1 = 1.6, k2 = 1.(см. (13)). Из значений (13) для p также следует, что смещение иона Zr в BaZrO3 в 2 раза меньше, чем смещения иона Ti в тетрагональной фазе BaTiO3.

Следовательно, построенная модель дает разумные знаРис. 3. Зависимость параметров порядка для системы чения смещений ионов как для PZT, так и для BZT.

BaZrxTi1-xO3 при T = 0 от молярной доли x.

В действительности подгоночные параметры, зависящие от полуширины функции распределения, можно оценить из (6), считая, что корреляционные радиусы и дипольные моменты известны.

дипольного стекла (L = 0) составляет xC 0.82. ПоПараметры, зависящие от коэффициентов нелинейведение, свойственное релаксорным материалам (т. е. заности, играют важную роль в описании особенностей кон Фогеля–Фулчера в динамической проницаемости), фазовой диаграммы BZT, так как эти параметры опренедавно наблюдалось при x 0.25 (см. [7] и цитируемую деляют положение максимумов зависимости TC от x.

там литературу).

(i) Подгоночные параметры 2 качественно согласуются с Значение xC для перехода в состояние дипольного константами нелинейности различных фаз BaTiO3, т. е.

стекла — предсказание нашей теории. К сожалению, (1) (2) (3) экспериментальные данные были получены только в 2 <2 <2 (см. (13)) и (1) <(2) <(3) [15], (i) интервале до x = 0.5. Выяснить, возможно ли сущено количественные оценки значений 2 являются сложствование состояния типа дипольного стекла в системе ной задачей, для решения которой нужны независимые твердых растворов BaTiO3 и BZrO3, можно только при (i) измерения этих параметров. Тем не менее параметры условии полной взаимной растворимости компонент во рассматривались как подгоночные, в то время как другие всем интервале концентраций.

параметры могут быть оценены из априорных рассуждений. Другая интересная особенность фазовой диаграммы BZT состоит в появлении при x 0.27 релаксорных 5. Обсуждение результатов свойств, тогда как для PZT ничего подобного не известно.

Как известно, различия свойств соединений свинца Это может быть связано с тем, что в PbTiO3 благодаря и бария обусловлены особой ролью ионов Pb при фа- смещению ионов свинца спонтанная поляризация в 2 раза зовых переходах. В структуре типа перовскита ABOбольше, чем в BaTIO3 [5]. В результате случайное поле, все A-ионы, но не ионы свинца в этом положении, индуцированное ионами Zr, неспособно разрушить более практически ничего не вносят в поляризацию решетки. устойчивый дальний порядок в PbTiO3, в то же время в В противоположность этому, например в PbTiO3, ионы BaTiO3 оно в состоянии разрушить менее устойчивый Pb вносят в поляризацию основной вклад (см., напри- дальний порядок при некоторой достаточно большой мер, [5] и цитируемую там литературу), в случае PbZrO3 концентрации ионов Zr.

смещения ионов свинца характеризуют антисегнетоэлек- Обобщая, можно заключить, что в твердом растворе, трическое состояние этого соединения. В предложен- состоящем из сегнетоэлектрика и параэлектрика, должна ной модели компоненты твердого раствора вносят в существовать область концентраций, в которой система систему электрические диполи с моментами d1 и d2, превращается в релаксор. Данное утверждение следует где di есть суммарный дипольный момент элементарной из факта, что вклад параэлектрической компоненты в ячейки решетки соответствующей компоненты твердого среднее поле E0 достаточно мал, но он полностью опрераствора, т. е. векторная сумма смещений ионов Pb и Ti деляет полуширину функции распределения (q2 = 0, для PbTiO3 или ионов Ti в случае BaTiO3, при этом все см. (13)). Вклад сегнетоэлектрика в E0 спадает из-за смещения рассматриваются относительно кислородного уменьшения 1 - x с ростом x (см. (5)) с учетом того, октаэдра. Следовательно, выделить вклад ионов свинца что нижние индексы 1 и 2 относятся к параэлектрику можно только на основе независимых микроскопических и сегнетоэлектрику соответственно и T2A = 0, L2A = Физика твердого тела, 2001, том 43, вып. Расчет фазовых диаграмм твердых растворов сегнетоэлектриков следует из модели двух подрешеток антисегнетоэлектрика, и ее величина близка (хотя и немного меньше) к T2A [9].

Таким образом, в настоящей работе рассмотрена теория случайного поля для вычислений фазовых диаграмм смешанных сегнетоэлектрических систем и ее применение к расчету диаграмм PZT и BZT. Предложенное теоретическое приближение описывает как качественно, так и количественно наблюдаемые фазовые диаграммы, включая релаксорное поведение BZT в области x > 0.4, в то время как экспериментально получено значение x 0.25. Это расхождение может быть связанным с предположением, что электрические диполи ионов циркония являются основными источниками случайных полей. Также ионы циркония могут рассматриваться как центры дилатации либо как упругие диполи, которые, как Рис. 4. Схема фазовой диаграммы разупорядоченной систеизвестно, разрушают дальний порядок и приводят к возмы [16].

никновению релаксорных свойств [14]. Эти вычисления, так же как и вычисления вклада наклона кислородных октаэдров в поляризацию PZT, проводятся нами сейчас.

в (7)). Итак, увеличение концентрации параэлектрика Авторы выражают благодарность Т. Егами за плодоприводит к уменьшению величины среднего поля и к творное обсуждение результатов работы.

возрастанию полуширины функции распределения (см. (8)). Это должно привести к уменьшению E0/ с увеличением x. Из того что состояние системы Список литературы (параэлектрическое (PE), сегнетоэлектрическое (FE), [1] Дж. Барфут. Дж Тейлор. Полярные диэлектрики и их дипольное стекло (DG), смешанное сегнетостекло (FG), применения. Мир, М. (1981). 526 с.

в котором дальний порядок сосуществует с ближним по[2] H.W. Gundel. Ferroelectrics 184, 89 (1996).

рядком дипольного стекла) сильно зависит от отношения [3] G.H. Haertling. Ferroelectrics 75, 25 (1987).

E0/(рис. 4), можно заключить, что с ростом x система [4] В. Кенциг. Сегнетоэлектрики и антисегнетоэлектрики. ИЛ, перейдет из FE- в FG-, а затем в DG-состояние при М. (1960). 234 с.

достаточно низкой температуре (стрелки на рис. 4). FG[5] М. Лайнс, А. Гласс. Сегнетоэлектрики и родственные им и DG-состояния известны как характерные особенности материалы. Мир, М. (1981). 736 с.

релаксорных материалов [14]. Этим фазам свойственно [6] M.J. Haun, E. Furman, S.J. Jang, L.E. Cross. Ferroelectrics 99, неэргодическое поведение, закон Фогеля–Фульчера, опи13 (1989).

сывающий температурную зависимость динамической [7] R. Farhi, M.El. Marssi, A. Simon, J. Ravez. Eur. Phys. J. B9, диэлектрической восприимчивости, что может быть свя- 599 (1999).

[8] V.A. Stephanovich, M.D. Glinchuk, L. Jastrabic. Condзано с появлением в системе случайных электрических mat/9907249.

полей [17].

[9] В.Г. Вакс. Введение в микроскопическую теорию сегнетоРассчитав зависимость параметра порядка для сиэлектриков. Наука, М. (1973). 328 с.

стемы (BaTiO3)1-x(BaZrO3)x от молярной доли x, мы [10] M.D. Glinchuk, R. Farhi, V.A. Stephanovich. J. Phys.: Condens.

получили ее значение (x 0.3, рис. 3), при котором Matter 9, 10 237 (1997).

эта система переходит в релаксорное состояние. Из [11] М.Д. Глинчук, В.Г. Грачев, М.Ф. Дейген, А.Б. Ройцин, рис. 3 видно, что система BZT находится в FG-фазе Л.А. Суслин. Электрические эффекты в радиоспектроскопри 0.3 < x < 0.8 и могла бы находиться в DG-фазе пии. Наука, М. (1981). 437 с.

при x 0.8, хотя вопрос о существовании в области [12] M.D. Glinchuk, V.A. Stephanovich. J. Phys.: Condens. Matter x > 0.5 твердых растворов BZT требует решения.

6, 1617 (1994).

Доказательствами в пользу утверждения о переходе [13] Б. Яффе, У. Кук, Г. Яффе. Пьезоэлектрическая керамика.

смешанной системы сегнето–параэлектрик в релаксорМир, М. (1974). 288 с.

ное состояние служат существование состояния диполь- [14] M.D. Glinchuk, R. Farhi. J. Phys.: Condens. Matter 8, ного стекла и релаксорные свойства другой системы (1996).

[15] Ф. Иона, Д. Ширане. Сегнетоэлектрические кристаллы.

(BaTiO3)1-x(SrTiO3)x (BST) при x 0.9 [18]. Этот Мир, М. (1965). 555 с.

переход, вероятно, также существует в системе пара– [16] K. Binder, A.P. Young. Rev. Mod. Phys. 58, 801 (1986).

антисегнетоэлектрик. Однако в отличие от случая систе[17] M.D. Glinchuk, V.A. Stephanovich. J. Appl. Phys. 85, мы сегнетоэлектрик–параэлектрик, где T2F — темпера(1999).

тура перехода в существующую сегнетоэлектрическую [18] V.V. Lemanov, E.P. Smirnova, P.P. Syrnikov, E.A. Tarakanov.

фазу, в рассматриваемом случае T2F — характеристиPhys. Rev. B54, 5, 3151 (1996).

ка предполагаемой сегнетоэлектрической фазы, которая Физика твердого тела, 2001, том 43, 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.