WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 |   ...   | 2 | 3 || 5 | 6 |

именно протонов [30] в хорошо известных аномалиях Вторая компонента ad2(T ), которую можно выделить диэлектрической проницаемости и пирокоэффициента вычитанием из кривой 3 кривых 1 и 4, обусловлена KDP наглядно подтверждается трансформацией -пика упорядочением более тяжелых, чем протон, элементов 33(T ) в плато, имеющей место в монокристалле KDA структуры, тип которых не установлен. Обращает на себя (изоморфном KDP) при гидростатическом сжатии [69].

внимание единая температура (T = 2.2K) пиков ad1(T ), Разносторонняя экспериментальная проверка возмож обусловленных упорядочением протонов (кривые 7, 8 на ных механизмов формирования дефектами adi(T ) вскрырис. 5, a; кривая 4 на рис. 6).

ла типичный универсальный процесс — смещение заряТемпературный интервал проявления компонент женного элемента структуры кристалла в двух- или мно ad(T ) ограничен: вне зависимости от их природы все гоямном потенциале с энергетическим зазором между кривые (T ) монокристаллов с дефектами сливаются глубинами ям 1meV.

с зависимостями m(T ) (кривые 1 на рис. 5, a и 6) в Такая ситуация может быть создана в монокристалобласти 10-15 K.

ле искусственно — посредством введения примесей, Выращивание совершенных бездефектных монокри- облучения светом (Ag3AsS3 [24,31]), проникающей ра сталлов для измерения эталонных зависимостей m(T ) диацией [16,26,66], или быть присущей кристаллу изкрайне трудоемко само по себе. Еще более сложно за имеющейся нестехиометрии по водороду [27,62,67], получение стехиометрических по водороду монокристал- или вследствие слабосвязанных с каркасом молекул лов с короткими, сильными H-связями. Эта нестехио- воды [22]. Характерным свидетельством низкотемпераметрия, являющаяся, как можно предположить, след- турного включения механизма упорядочения присущих ствием неконгруэнтности ростового процесса, должна кристаллу элементов структуры является возникновение Физика твердого тела, 2000, том 42, вып. 972 В.К. Новик, Н.Д. Гаврилова Рис. 7. Температурные зависимости (T ) полярного среза монокристаллов KDP. Кривые: 1 — аппроксимация по (6b) зависимости (T) высокосовершенного монокристалла, отожженного при 180C; 2 — высокосовершенный монокристалл; 3 — монокристалл с массовыми пузырьковыми включениями; 4 — технически чистый монокристалл; 5 —KDP + Cr3+ 0.05 вес.%.

компонент поляризации по неполярным при T 300 K выражением (6f) (рис. 5, b). Такие зависимости, обуслокристаллографическим направлениям [16,23,26,66]. вленные локализацией протонов на искаженных водородных связях в монокристаллах ТГС + Cr3+, АТГС + Fe3+, Искусственные воздействия на объем монокристалла АТГС + Cu2+, АТГСФ (кривые 5–8 на рис. 5, a) и проискажают исходный потенциальный рельеф полярной тонов гидроксильных групп OH-, захваченных из атматрицы и одновременно формируют новые заряженные мосферы монокристаллами LiTaO3 при их выращивании мобильные или реориентируемые элементы структуры (ионы, диполи). В настоящее время для T 15 K надеж- (рис. 6), наблюдались в работах [16,26,66] и также были описаны выражением (6f).

но идентифицирован только один мобильный элемент струкутры — протон. Это его свойство объясняется, Однако, как и следовало ожидать, случай однотиппо-видимому, экстремально малой массой и большой ных, трансляционно-инвариантных искажений являетподвижностью. ся скорее исключением. Но этот случай демонстриЕсли искаженный потенциальный рельеф характеризу- рует физическую осуществимость модели, которая моется появлением однотипного, упорядоченно распреде- жет быть непротиворечиво обобщена и использована ленного в объеме монокристалла двухъямного потенци- для объяснения (а при необходимости и для реали ала с (x, y, z) =const, то температурный процесс лока- зации) i (T ) = 0 при T 4 K. Размытые, не лизации заряженного элемента структуры в этом потен- описываемые выражением (6f) экстремумы adi(T ) моциале формирует при понижении температуры дополни- нокристаллов АТГС и АТГС + Cr3+ (кривые 3, 4 на тельную компоненту спонтанной поляризации Ps,ad(T ), рис. 5, a) [16], LiNbO3 + Fe3+, LiTaO3 + Rh3+ (кривая сохраняющую постоянную кристаллографическую ори- на рис. 6) [14,66], KDP (кривые 2–4 на рис. 7) [27,61] ентацию. В этом случае температурные зависимости в рамках этой модели объясняются пространствен проекций пирокоэффициента adi(T ) по координатным ным распределением величины энергетического зазора направлениям взаимно пропорциональны и описываются (x, y, z) при разнородных, вообще говоря, локализуюФизика твердого тела, 2000, том 42, вып. Низкотемпературное пироэлектричество Рис. 8. Постоянная составляющая в зависимости (T ) сегнетоэлектриков, содержащих стеклоподобную фазу: a — монокристаллы группы ТГС. Кривые: 1 — совершенный монокристалл ТГС (кривые 1 на рис. 3, b и 5, a); 2 — -облученный монокристалл 1.АТГСФ, доза 35 Mrad, аппроксимация зависимостью (T) =(3.6 + 1.43T +... ) 10-13 C · cm-2 · K-1. b — сегнетокерамика типа ЦТС-40. Кривая 1 — аппроксимация зависимостью (T ) =[0.5 + E(24 K) +... ] 10-13 C · cm-2 · K-1.

щихся элементах структуры. Для всех этих монокри- примесных монокристаллов ТГС должны размыться в сталлов возрастание пирокоэффициента adi(T ) начина- сторону T 0 и трансформироваться в зависимость, ется при T 1.5 K, из чего можно заключить, что аппроксимируемую при T 1.5 K, как постоянная варьируемые значения остаются порядка 1meV. составляющая или близкая к ней. Вид температурной = Специально отметим, что нижний предел T 0.5K зависимости этой новой компоненты, которая при общем характерен лишь для локализующегося протона (случаи искажении решетки уже не может рассматриваться как АТГС, АТГС + Cr3+, KDP). Для более тяжелых лока- дополнительная, должен отражать появление множества лизующихся компонент у монокристалла LiNbO3 + Fe3+ температурнозависимых электрических диполей разной этот предел составляет T > 5 K, у монокристалла направленности и разной объемной концентрации. ТемLiTaO3 + Rh3+ — T > 4K (кривая 5 на рис. 6) [16]. пературные зависимости величины диполей определяСледующая из выражений (6f) однозначная связь вели- ются индивидуальными значениями энергетического зачины и низкотемпературной границы возрастания пи- зора, варьируемыми по объему от предельно малых ( 1meV) значений. При этом ориентирующее рокоэффициента иллюстрируется кривыми 7 (рис. 5, a) и 1 (рис. 5, b). В данном случае T 0.5 K, чему соответ- действие остаточной спонтанной поляризации матрицы ответственно за отличие от нуля интегральное по объему ствует величина энергетического зазора 0.23 meV.

значение поляризации обсуждаемой компоненты.

Для подтверждения сказанного и сама модель и предположение, объясняющее размытость экстремумов Эксперименты с -облученными монокристаллами adi(T ) пространственным распределением величины АТГСФ действительно свидетельствуют о присутэнергетического зазора, были проверены эксперимен- ствии постоянной составляющей в зависимостях i (T ) том [26]. Облучение монокристаллов ТГС разной сте- (рис. 8, a). Этот результат дает основание предпени дефектности -квантами в дозах, близких к потере положить, что значение пирокоэффициента в -облуцелостности решетки, должно приводить к удалению ченных монокристаллах останется на уровне порядка большинства протонов с их связей с последующей лока- 10-13 C · cm-2 · K-1 и при T 1.5 K, в то время как для лизацией в потенциальных ямах при широкой вариации совершенных монокристаллов ТГС уже при T = 1.5K значения энергетического зазора (x, y, z) =0 - max. < 10-14 C · cm-2 · K-1 (рис. 2). Сохранение i = при T 0 в данном случае не нарушает третьего закона По итогам изучения -облученного ТГС [71] можно термодинамики, поскольку -облученные монокристалзаключить, что глубины этих ям (и соответственно лы являются термодинамически неравновесной систезначения (x, y, z)) значительно меньше, чем в исходной, мой. Эволюция зависимостей i(T ) при -облучении искаженной дефектами решетке, ибо только при этих условиях возможна облегченная транспортировка прото- монокристаллов группы ТГС, содержащих различные примеси, прослежена в [26].

нов через объем, завершающаяся выходом из кристалла свободного водорода. Если локализация протонов дей- Эта эволюция представляет непосредственный интествительно протекает при значениях (x, y, z) =0- max, рес для разработки пироэлектрических материалов, исто низкотемпературные экстремумы зависимости i(T ) пользуемых при T 4 K, поэтому рассмотрим ее Физика твердого тела, 2000, том 42, вып. 974 В.К. Новик, Н.Д. Гаврилова подробнее. Малые и средние (D 5Mrad) дозы слабо Таблица 2. Эволюция зависимостей (T ) монокристалла АТГСФ при -облучении изменяют значение Ps(0). Воздействие этих доз на H-связи примесных кристаллов сводится, как и следоПараметры аппроксимации зависимостей (T ) вало ожидать, к разрушению имевшихся связей и обраДоза зованию новых. Компонента Ps,ad(T ) определяется двумя 0 1013, a, волновые числа активных мод, Mrad n C·cm-2·K-1 K cm-этими процессами.

Выделим три типа реакции примесных кристаллов на 0 – – 7 10.4 34 50.6 повышенные (D 10 Mrad) дозы -облучения: 1) пода= 8 – – – 10.1 30.6 46.5 вление исходного уровня и изменение вида зависимости 15 4.34 2.06 – – 25.8 45 adi(T ); 2) практическое сохранение исходного уровня 25 4.5 1.86 – – – 43.6 35 3.6 1.709 – – – 41.6 83.и вида зависимости adi(T ); 3) увеличение исходного уровня и изменение вида зависимости adi (T ).

Примечание. 0 — постоянная составляющая; n — показатель Реакция монокристаллов ТГС + Cr3+ и АТГСФ отностепени для участка степенной аппроксимации (T ); a — параметр, сится к первому типу. В монокристаллах ТГС + Cr3+ введенный в модели [15], выражение которого дано в (6d).

и АТГСФ, в которых создания примесями высокоупо рядоченная подрешетка протонов формирует adi(T ), -облучение разрушает этот порядок, удаляя протон с Воздействие -облучения на монокристаллы семейства прежних связей и образуя новые, не имеющие даль- ТГС одновременно с изменением дополнительной ком него порядка. Следствием этого разрушения при дозе поненты adi(T ) деформирует низкотемпературную часть 10 Mrad являются кардинальные изменения в поведении зависимости пирокоэффициента собственной полярной adi(T ): а) монокристаллы ТГС + Cr3+ теряют компоматрицы кристалла, что отражается в снижении частоты ненты adi(T ) по осям X и Z, сохраняя уменьшенное мод, участвующих в формировании (T ) (табл. 2).

на порядок сравнительно с исходным (кривая 7 на В табл. 2 приведена сводка характеристических рис. 5, a) значение только по полярному направлению;

параметров, определенных из аппроксимации в инб) монокристаллы АТГСФ меняют знак и вид зависимотервале 0–80 K экспериментальных зависимостей сти adi(T ) по полярному направлению, сохраняя их по (T = 1.5-100 K) по полярной оси для монокристаллов направлениям X и Z.

АТГСФ при воспринятых дозах 0 8 15 Реакция на облучение монокристаллов АТГС + Cr2+ и 35 Mrad. Данные в табл. 2 наглядно иллюстрируют АТГС + Fe3+ относится ко второму типу. Температурная основные тенденции в реакции примесного водородосо зависимость adi(T ) по полярному направлению испытыдержащего сегнетоэлектрика на -облучение. Частично вает минимальные деформации сравнительно с исходной эти тенденции обсуждались выше, но следует подчерк(кривые 5, 6 на рис. 5, a). Ограничившись констатацией нуть, что речь идет именно о тенденциях, а не о количеэтого факта, укажем тем не менее на проявление некоего ственно определяемых свойствах даже одного частного баланса в процессах разрушения исходных связей и типа примесных кристаллов. Это предостережение оснообразования новых.

вано на представлении об -облученной матрице ТГС как Реакция на облучение монокристаллов АТГС + Cr3+ о континууме, в котором одновременно присутствуют и относится к третьему типу. Кривая adi(T ) этого моноэлементарные ячейки различной степени повреждения кристалла до облучения охватывает минимальную плои ячейки, сохраняющие исходную структуру. Не расщадь (кривая 4 на рис. 5, a), т. е. величина |Ps,ad(0)| полагая никакими данными ни о дозовых зависимостях для такого типа лигандов минимальна сравнительно с соотношения первых и вторых, ни о состоянии протонов другими примесными образцами. По мере накопления и продуктов радиолиза в первых, мы вынуждены рассмат дозы кривая adi(T ) сливается с группой кривых ad(T ) ривать численные данные табл. 2 как некие характерные для образцов другого примесного состава. Объяснение для монокристаллов группы ТГС усредненные данные, индивидуального характера реакции зависимости adi(T ) что тем не менее позволяет констатировать общие закона -облучение для различно легированных образцов номерности.

и последующего их близкого к однотипному поведе1) С повышением дозы от 0 до 8 Mrad примесная ния связано, возможно, с различным уровнем исходкомпонента подавляется, а волновые числа мод, активной деформации (сжатия по полярному направлению) ных в пироэлектричестве, понижаются при сохранении легированных образцов сравнительно с чистыми и с канонической зависимости (6b).

уровнем частичного расширения по этому направлению 2) Увеличение дозы от 8 до 15 Mrad качественно изв процессе накопления дозы. Сжатие увеличивается в меняет зависимость (T ): в аппроксимации появляется ряду образцов ТГС + Cr3+, АТГС + Cu2+, АТГС + Cr3+, постоянная составляющая и степенная компонента. Поо чем свидетельствуют значения эквивалентных полей следняя подавляет проявление низшей моды 10 cm-смещения [26].

Нетрудно понять, что многообразие реакции монокри- (существование или исчезновение ее должно быть покасталлов на облучение открывает широкое поле деятель- зано другими экспериментами). Проявляющимся модам ности для поиска способов управления их свойствами. соответствуют меньшие значения волновых чисел.

Физика твердого тела, 2000, том 42, вып. Низкотемпературное пироэлектричество 3) Для уровней доз 15–35 Mrad описанная тенден- Низкотемпературный участок зависимости (T ) сегция сохраняется при монотонном снижении показателя нетоэлектрической керамики сложного состава типа степени ”n” степенного члена. Линейная экстраполяция ЦТС-40, как мы ранее предполагали [72], описывается соотношением (T ) T. Однако более точная апдозной зависимости n(D) к n = 1.5 дает D 46 Mrad, проксимация в интервале температур 1.5-6K тех же к значению n = 1 дает D 75 Mrad, т. е. уровни доз, исключающие сохранение целостности водородосодер- экспериментальных данных (рис. 8, b) дает жащего кристалла.

(T ) = 0.5 + E(24 K) +... 10-13 C · cm-2 · K-1.

4) Промежуток 25 35 Mrad является, по-видимому, критическим, в нем начинается деградация полярных Присутствие в этой аппроксимации постоянной состасвойств собственно матрицы, вследствие чего снижается вляющей и эйнштейновских членов (в отсутствие степоляризующее воздействие на объем, что проявляется пенного члена) может быть интерпретировано как вклад как уменьшение постоянной составляющей пирокоэффив зависимость (T ) только идеальной стеклоподобной циента.

Pages:     | 1 |   ...   | 2 | 3 || 5 | 6 |



© 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.