WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     || 2 |
Физика твердого тела, 2006, том 48, вып. 6 Изучение условий возникновения дальнего порядка в неупорядоченных релаксорах разного типа © Л.С. Камзина, Е.В. Снеткова Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе Российской академии наук, 194021 Санкт-Петербург, Россия E-mail: kamzin@mail.ioffe.ru С помощью оптических методов исследована возможность реализации устойчивого релаксорного поведения в соединениях PbSc1/2Nb1/2O3(PSN), а также изучены условия возникновения фазы с дальним порядком в релаксорах PbZn1/3Nb2/3O3 (PZN). Обнаружено, что замена ионов Pb всего 6% ионов Bb (PBSN-6) „замораживает“ релаксорное состояние в соединениях PSN, а добавка уже 7% PbTiO3 к релаксору PZN (PZN-7PT) реализует фазу с дальним порядком, причем фазовый переход при Tmax проходит по перколяционному типу. Выявлены общие закономерности возникновения и разрушения фазы с дальним порядком в различных типах релаксоров. Найдены различия, связанные с присутствием спонтанно поляризованных сегнетоэлектрических областей в кубической неполярной матрице в соединениях типа PSN.

Работа выполнена при поддержке Российского фонда фундаментальных исследований (грант № 05-02-17835) и программы ОФНРАН.

PACS: 77.84.Dy, 77.90.+k Изучение условий возникновения или разруше- ются два фазовых перехода: переход из релаксорной ния однородного сегнетоэлектрического состояния макроскопически кубической фазы в тетрагональную сес дальним порядком в широком классе слож- гнетоэлектрическую фазу при температуре Кюри (Tmax ) ных неупорядоченных соединений с общей формулой и из тетрагональной в ромбоэдрическую сегнетоэлек(1 - y) PbB xB 1-xO3-yPbTiO3 (где x = 1/2 или 1/3, трическую фазу при температуре Ttr [5,6]. Вещества с 0 y 0.5, B = Mg, Zn, Sc, B = Nb, Ta), а также фи- x = 1/2 (PbSc1/2Nb1/2O3 (PSN) и PbSc1/2Ta1/2O3 (PST)) зических явлений, связанных с этой перестройкой кри- являются соединениями, в которых нормальное сегнетосталлической структуры, привлекает все большее вни- электрическое и релаксорное состояния сосуществуют мание исследователей. Это обусловлено, с одной сто- в отсутствие электрического поля, а получить устойроны, экстремально высокими диэлектрическими, пье- чивое релаксорное поведение, подобное наблюдаемому зоэлектрическими и другими характеристиками данных в соединениях с x = 1/3, не удается даже при полном соединений, важными для практического применения, беспорядке в расположении ионов B и B [7]. Для реа с другой — возможностью получить систематиче- ализации устойчивого релаксорного поведения необхоскую информацию о соотношении между структурой, димо дополнительное разупорядочение кристаллической свойствами и микроскопическим механизмом спонтан- решетки по Pb. Известно, что относительно небольшой ной поляризации. Общей чертой всех этих веществ дефицит PbO ( 2.5-3 mol.%) или замена ионов свинца является наличие ионов разного сорта в однинако- ионами Ba ( 6-7 mol.%) „замораживает“ релаксорное вых узлах кристаллической решетки, что приводит к состояние в соединениях PSN и PST [7–9].

размытию фазового перехода и релаксационному ха- Более чувствительными методами изучения процесрактеру диэлектрической проницаемости. Несмотря на сов, происходящих при размытых фазовых переходах, то что определенная степень беспорядка характерна являются оптические методы, а именно: оптическое для всех релаксоров, природа беспорядка различается пропускание, малоугловое рассеяние света (МРС) и для разных групп релаксоров. Соединения с x = 1/двупреломление ( n). Так, в стехиометрических кри(PbMg1/3Nb2/3O3 (PMN), PbZn1/3Nb2/3O3 (PZN)) яв- сталлах PST и PSN с разной степенью упорядочения ляются типичными релаксорами, которые остаются в ионов [10–12] на температурной зависимости интенмакроскопически кубической фазе вплоть до низких сивности МРС в отсутствие электрического поля мы температур, и только приложение электрического поля наблюдали узкий пик при температуре спонтанного индуцирует в них сегнетоэлектрический переход [1–4].

сегнетоэлектрического фазового перехода (СФП) Ts, а Возникновению структуры с полярным дальним поряд- в кристаллах PMN узкий пик МРС наблюдался только в ком в этих веществах будет способствовать добавка присутствии электрического поля [4,13]. Появление писоединения PbTiO3 (PT), которое является нормаль- ков на кривой МРС свидетельствует о перколяционном ным сегнетоэлектриком с тетрагональной симметрией характере перехода между релаксорным и сегнетоэлек(PMN-yPT, PZN-yPT). Образующиеся твердые раство- трическим состояниями.

ры имеют свойства как релаксора, так и нормального В настоящей работе исследована возможность сегнетоэлектрика. В таких веществах уже при малых реализации устойчивого релаксорного поведения величинах y 5-10% рентгенографически регистрирув соединениях Pb0.96Ba0.04Sc0.5Nb0.5O3 (PBSN-4) и 7 1060 Л.С. Камзина, Е.В. Снеткова Pb0.94Ba0.06Sc0.5Nb0.5O3 (PBSN-6), а также условия воз- статочно больших макродоменных областей, в то время никновения фазы с дальним порядком в типичных релак- как при температуре деполяризации Td возникает узкий сорах (на примере PZN-PT) [14,15]. Эти исследования пик интенсивности МРС, свидетельствующий о перколяпозволят составить общую картину процессов развития ционной природе фазового перехода разрушения [19].

или разрушения фазы с дальним порядком в кубической неполярной матрице релаксоров разного типа.

1. Монокристаллы и методика эксперимента Исследовались две группы монокристаллов.

1) С x = 1/2: упорядоченные соединения PSN (Tmax = = 80C, Ts = 78C); PBSN-4 (Tmax = 70C, Ts = 52C);

PBSN-6 (Tmax = 50C).

2) С x = 1/3: PZN (Tmax 135-140C); PZN-7PT (Tmax 179C, Ttr 120C); PZN-9PT (Tmax 180C, Ttr 60-70C).

Монокристаллы выращивались методом массовой кристаллизации и методом Бриджмена [8,9,16]. Электрическое поле прикладывалось в направлении [001], свет распространялся в направлении [100]. Использовались разные режимы приложения электрического поля [12,17]. Для оптических измерений применялся He-Ne-лазер.

2. Экспериментальные результаты и обсуждение 2.1. С о е д и н е н и я с x = 1/2. На рис. 1 и 2 представлены температурные зависимости диэлектрической проницаемости, МРС и оптического пропускания, полученные в режиме нагревания и охлаждения для упорядоченных монокристаллов PSN (рис. 1, a), PBSN-(рис. 1, b) и PBSN-6 (рис. 2). При температуре Ts в кристаллах PSN и PBSN-4 (рис. 1, a, b) четко видны аномалии МРС и оптического пропускания, подтверждающие Рис. 1. Температурные зависимости интенсивности малоуглового рассеяния света (угол рассеяния 30 ) и диэлектрической существование СФП перколяционного типа, в то время проницаемости для упорядоченного кристалла PSN (a) и как для при этой температуре наблюдается только быоптического пропускания (2, 2 ) и диэлектрической проницастрое увеличение. В чистых кристаллах PSN (рис. 1, a) емости (1, 1 ) для монокристалла PBSN-4 (b).

температура Ts всего на 2 градуса ниже температуры Tmax. Это свидетельствует о том, что незначительная часть объема образца находится в разупорядоченной фазе. Введение всего 4% ионов Ba расширяет интервал существования релаксорного состояния до 20 градусов (рис. 1, b). Дальнейшее увеличение содержания Ba до 6% приводит к исчезновению СФП в этих соединениях и проявлению чисто релаксорных свойств (кривая 1 на рис. 2) [9,18]. Однако сегнетоэлектрическая фаза в этом соединении может быть индуцирована уже сравнительно небольшими электрическими полями 0.4-0.5 kV/cm.

На рис. 2 (кривая 2) приведены температурные зависимости МРС, измеренные в электрическом поле 1 kV/cm Рис. 2. Температурные зависимости оптического пропуска(режим: охлаждение без поля, нагрев в поле (FHaZFC)).

ния, измеренного в отсутствие электрического поля (1), и Из кривой 2 видно, что при температуре Tph, соотмалоуглового рассеяния света, измеренного в режиме FHaZFC ветствующей возникновению поляризации, наблюдается (E = 1kV/cm) (2), для монокристалла PBSN-6. Угол рассеятолько широкий максимум, связанный с появлением дония 30.

Физика твердого тела, 2006, том 48, вып. Изучение условий возникновения дальнего порядка в неупорядоченных релаксорах разного типа поля невелико, на зависимости n(T ) в режиме ZFH аномалии, соответствующей температуре деполяризации этих областей, не наблюдается.

Более отчетливо существование разного сорта областей в кубической матрице кристалла видно из кривых 3, 4, измеренных в присутствии электрического поля. Аномалия, наблюдаемая при охлаждении образца в поле (FC) в районе 15-19C (кривая 3), зависящая от напряженности электрического поля, соответствует фазовому переходу из релаксорной в сегнетоэлектрическую фазу в тех областях, в которых напряженности приложенного электрического поля достаточно для индуцирования этой фазы. Дальнейшее увеличение n связано с переходом в сегнетоэлектрическую фазу небольРис. 3. Температурные зависимости двупреломления n, шой части областей с СФП. Две аномалии, отмеченные измеренные при разных режимах приложения электрического стрелками, на кривой двупреломления, измеренного в поля, для кристалла PBSN-6. 1 —ZFC, 2 —ZFH, 3 —FC, режиме нагрева без поля после охлаждения в поле 4 — ZFHaFC (E = 1kV/cm).

(ZFHaFC)( (кривая 4), соответствует температурам деполяризации областей с СФП и нанообластей, в которых при охлаждении в электрическом поле индуцировалась сегнетоэлектрическая фаза.

Сосуществование фаз привело к ряду особенностей, О неоднородности кубической неполярной матрицы не характерных ни для чисто релаксорного поведения, кристаллов PBSN-6 свидетельствует и E-T-фазовая диани для нормального сегнетоэлектрика. Особенно награмма, полученная нами и представленная в работе [19].

глядно это проявляется на температурной зависимости Из нее следует, что при охлаждении образца в электридвупреломления ( n). На рис. 3 представлены зависическом поле между эргодической релаксорной фазой и мости n для кристалла PBSN-6, измеренные в разных однородной макродоменной сегнетоэлектрической фазой режимах приложения электрического поля. В отличие существует промежуточная неоднородная макродоменот релаксорных соединений типа PMN, у которых в ная фаза, причем область существования этой фазы отсутствие электрического поля n практически равно не уменьшается даже с увеличением напряженности нулю вплоть до низких температур [2], n в PBSN-электрического поля. Эта фаза практически отсутствует в режиме охлаждения без поля — ZFC (кривая 1) — при нагреве образца в электрическом поле.

увеличивается с уменьшением температуры. Это увелиТаким образом, при частичном замещении ионов Pb чение связано, скорее всего, с существованием в кубиизовалентными ионами Ba в соединениях PBSN обческой неполярной матрице спонтанно поляризованных наружено, что: 1) увеличение содержания Ba до 6% областей сегнетоэлектрической фазы, размеры и число приводит к исчезновению СФП в этих соединениях и которых растут с понижением температуры и переходом проявлению чисто релаксорных свойств; 2) кубическое части областей в макродоменное сегнетоэлектрическое неполярное релаксорное состояние в кристаллах PBSN-состояние. Размеры рассеивателей становятся сравнимыявляется очень неоднородным и отличается от релаксорми с длиной волны света ( 104 ). Поскольку объем ного состояния в классическом релаксоре PMN присутобластей с ромбоэдрической фазой невелик ( 20% ствием как спонтанно поляризованных макродоменных при -30C [19]), фазовый переход в макродоменное областей, обладающих СФП, так и набора неполярных состояние не происходит одновременно во всем кринанообластей с разными величинами критических полей, сталле и n увеличивается с понижением температунеобходимых для индуцирования сегнетоэлектрической ры не скачком, а плавно по мере увеличения объема фазы.

сегнетоэлектрической фазы. При нагреве образца без поля (ZFH) (кривая 2) n сначала слабо зависит от 2.2. С о е д и н е н и я с x = 1/3. Рассмотрим оптические температуры, но в области температур 20-30C быстро свойства ряда соединений с x = 1/3 на примере моуменьшается. Такое быстрое изменение n при нагреве нокристаллов PZN-yPT. Кристаллы PZN без добавок может быть обусловлено коллективными процессами являются релаксорами с размытым фазовым переходом двух типов: 1) фазовым переходом из сегнетоэлектри- и Tmax 135-140C. Настоящего фазового перехода ческой фазы в релаксорное состояние в тех областях, в этих кристаллах не обнаружено ни рентгеновскими, в которых происходит СФП; 2) деполяризацией макро- ни оптическими методами. Добавка к чистому PZN доменной сегнетоэлектрической фазы в тех полярных уже нескольких процентов PbTiO3, являющегося норобластях, в которых внутренние поля смогли индуциро- мальным сегнетоэлектриком с тетрагональной симметвать при охлаждении СФП. Поскольку число полярных рией, существенно меняет его свойства. Образующиеся нанообластей с очень малой величиной критического твердые растворы в сегнетоэлектрической области в Физика твердого тела, 2006, том 48, вып. 1062 Л.С. Камзина, Е.В. Снеткова боэдрической в тетрагональную фазу (Ttr) аномального пика не наблюдается, а происходит только увеличение интенсивности МРС при нагреве образца, что указывает на увеличение размеров доменов в тетрагональной фазе по сравнению с ромбоэдрической. Оба перехода являются переходами первого рода, причем при высокотемпературном переходе гистерезис значительно меньше, чем при низкотемпературном (ширина гистерезиса при Tmax составляет 8-10C, а при Ttr равна 40C). Аналогичная зависимость интенсивности МРС наблюдается и для соединения PZN-7PT, т. е. добавка всего 7% PbTiO3 к релаксору PZN приводит к возникновению структуры с полярным дальним порядком.

В электрическом поле в соединениях обоих составов при температурах, близких к температуре Ttr, индуцируются два новых фазовых перехода. Это отчетливо видно из температурных зависимостей оптического пропускания для PZN-9PT, измеренных при увеличении электрического поля при фиксированных температурах (рис. 5). В малых электрических полях оптическое пропускание для всех температур практически неизменно (кривые 1–4). Далее (при некотором пороговом поле) наблюдается резкое уменьшение пропускания, связанное с индуцированным фазовым переходом в другую Рис. 4. Температурные зависимости интенсивности малоуглофазу, по-видимому в фазу Ma. Обозначения фаз взяты вого рассеяния света для кристаллов PZN (1) и PZN-9PT из работы [15]. Поле, при котором индуцируется эта (2 и 2 ), измеренные в режиме охлаждения и нагревания. Угол фаза, тем меньше, чем ближе температура измерения к 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.