WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Физика твердого тела, 1998, том 40, № 8 Диэлектрическая релаксация в кристаллах дейтерированного триглицинсульфата © С.Н. Дрождин, М.А. Куянцев Воронежский государственный университет, 394693 Воронеж, Россия (Поступила в Редакцию 10 февраля 1998 г.) Исследована медленная релаксация диэлектрической проницаемости дейтерированного триглицинсульфата (ДТГС), стимулированная воздействием постоянного электрического поля. Получены полевые и температурные зависимости времени релаксации, связанного с движением доменных стенок. Влияние внутреннего поля на релаксационные процессы проявляется в различном характере полевых и температурных зависимостей для разных направлений внешнего поля. Обнаружено существование в кристаллах ДТГС двух температурных областей перестройки доменной структуры, расположенных на 7-8 и 15-18Cниже точки Кюри.

Для изучения поведения доменной структуры сегнето- 1.592 kHz в переменном электрическом поле с амплиэлектриков во внешних электрических полях наиболее тудой E0 3.7 V/cm. Для всех отобранных образцов = часто используются разнообразные косвенные методы значения Tc лежат в интервале температур 57-59C, что исследования, так как они несут информацию о динамике свидетельствует о степени дейтерирования исследованпроцессов ее изменения не только в приповерхностных ных кристаллов ДТГС на уровне 80%.

слоях, но и по всему объему образца. К таким методам Релаксационные временные зависимости емкости (ди относятся, в частности, и релаксационные методы, с электрической проницаемости) измерялись в режиме помощью которых по временным зависимостям раз- переполяризации образца постоянным электрическим личных макроскопических параметров (диэлектрическая полем (рис. 1). При изменении направления внешнего проницаемость, пироэлектрический коэффициент, тан- электрического поля на противоположное наблюдается генс угла диэлектрических потерь и др.) можно судить немонотонная временная зависимость емкости, которая о динамических свойствах доменной структуры кристал- сначала растет и достигает максимального значения C0, ла. К настоящему времени наиболее детально иссле- соответствующего деполяризованному состоянию образдованы релаксационные свойства доменной структуры ца, а затем убывает до установившегося значения C.

кристаллов триглицинсульфата (ТГС), как номинально Спадающий участок зависимости C(t) отвечает переходу чистого [1–3], так и содержащего дефекты различного образца в монодоменное состояние с противоположным происхождения [4,5]. Несмотря на большой интерес, в направлением поляризации. При каждой температуре в том числе и практический, к дейтерированному аналогу интервале от комнатной до точки Кюри Tc значения ТГС — кристаллу ДТГС, данных о динамических свойприкладываемого к образцу постоянного электрического ствах его доменной структуры очень мало, а релаксациполя задавались в долях Ec. Выбор такой методики онные свойства не исследовались вообще.

измерений обеспечивает постоянство начального состоВ настоящей работе представлены результаты исслеяния кристалла, являющегося состоянием максимальной дования релаксационного поведения доменной структудеполяризации.

ры кристалла ДТГС, полученные путем измерений вреСпадающие участки экспериментальных зависимостей менных зависимостей низкочастотной диэлектрической C(t) аппроксимировались с помощью экспоненциальных проницаемости. Воздействием, инициирующим релакфункций вида [1] сационный процесс, являлось постоянное электрическое C(t) =C +(C0 -C) exp(-t/ ), (1) поле E=.

где C0 — начальное значение емкости, C —установив1. Методика эксперимента шееся значение емкости, — время релаксации, C(t) — значение емкости в момент t.

Образцы кристалла ДТГС представляли собой пласти- Справедливость такого выбора аппроксимирующих ны полярного среза толщиной 0.08 cm и площадью 1 cm2 функций проверялась по квазилинейному характеру зас электродами из напыленного в вакууме серебра. Пред- висимости f (t) варительно для всех образцов по петлям диэлектрического гистерезиса на частоте 60 Hz были измерены темпе- f (t) =ln C0 - C C(t) -C =t/. (2) ратурные зависимости коэрцитивного Ec и внутреннего Ei полей, значения которых при температуре T = 25C Из полученных зависимостей f (t) по наклону квазисоставили соответственно 270-300 и 40-50 V/cm. линейных участков определялось время релаксации для Значение температуры фазового перехода Tc опреде- различных величин поляризующего поля в диапазоне лялось по положению максимума диэлектрической про- 0.5Ec-2.0Ec и различных температур в интервале от ницаемости, измеренной мостовым методом на частоте 20Cдо точки Кюри.

Диэлектрическая релаксация в кристаллах дейтерированного триглицинсульфата 2. Результаты измерений На рис. 2 представлены типичные временные зависи мости емкости образца ДТГС, измеренные в режиме переполяризации для двух противоположных направлений внешнего поля E=. Видно, что для одного направления поля E= начальное значение емкости C01 больше, чем для другого C02, и наоборот: установившееся значение Cменьше, чем C2. Схематически эта ситуация показана также на рис. 1.

Такое различие может быть связано с действием внутреннего поля, которое для различных направлений внешнего поля может служить как фактором, облегчающим релаксацию, так и фактором, затрудняющим ее. Таким образом, кривой 1 на рис. 2 соответствует направление внешнего поля, совпадающее с направлением внутреннего поля, а для кривой 2 внешнее поле антипараллельно внутреннему.

Релаксационные процессы, стимулированные коммутацией знака поля E=, протекают на фоне полного переключения кристалла из одного заполяризованного состояния в другое — с противоположным направлеРис. 2. График зависимости C(t) для образца кристалла ДТГС.

нием поляризации. Поэтому экспериментально наблю1 — E= Ei, 2 — E= Ei. T = 35C, E= = 1.5Ec.

даемые зависимости C(t) отражают динамику доменной структуры кристалла в процессе переполяризации, а следовательно, на них должны проявляться отдельные этапы этого процесса [6] с их характерными временами (начальное зародышеобразование — 1, торцевое прорастание зародышей — 2, боковое движение доменных Рис. 3. График зависимости f (t) =ln{[C0 -C]/[C(t)-C]} для двух направлений поля E=. 1 — E= Ei, 2 — E= Ei.

T = 46C, E= = 1.5Ec.

стенок — 3, слияние соседних доменов — 4), несмотря на то что они не имеют четких временных границ.

Очевидно, что наблюдаемое после коммутации поля быстрое (порядка 5 s) возрастание значений C (рис. 1) отвечает в основном первым двум стадиям процесса переключения, по завершении которых кристалл приходит в деполяризованное полидоменное состояние с максимальным при данных условиях числом доменных стенок. Этот участок экспериментальных кривых в силу Рис. 1. Качественный вид зависимости C(t) при последоваего малой длительности и связанной с этим большой тельном переключении кристалла постоянным электрическим погрешности в настоящей работе не изучался.

полем E=: 1 — E= Ei, 2 — E= Ei.

Физика твердого тела, 1998, том 40, № 1544 С.Н. Дрождин, М.А. Куянцев При обработке с помощью формулы (2) спадающих участков экспериментальных релаксационных кривых C(t) отчетливо проявляются два квазилинейных участка (рис. 3), которым соответствуют, по-видимому, третья и четвертая стадии процесса переключения, характеризуемые временами релаксации 3 и 4 > 3. Эти участки представляют неибольший интерес, поскольку оба они связаны с боковым движением доменных стенок, но на втором из них существенным становится учет взаимодействия соседних стенок [6]. То, что промежуточный участок зависимости C(t), как видно из рис. 3, не может быть охарактеризован одним значением времени релаксации, свидетельствует, вероятно, о том, что здесь происходит смена одного этапа переполяризации другим с постепенным включением и усилением взаимодействия между доменными стенками.

Рис. 5. Полевые зависимости времени релаксации 4 для двух Полевые зависимости времени релаксации 3(E=) для направлений поля E=. 1 — E= Ei, 2 — E= Ei. T = 52C.

двух противоположных направлений поляризующего поля представлены на рис. 4. Отчетливо видно, что в случае, когда внешнее поле параллельно внутреннему (кривая 1), характерные времена релаксации меньше, чем при переключении в противоположном направлении (кривая 2). Поведение кривых 3(E=) качественно различно в слабых полях (E= < Ec). Для кривой 1 вэтом интервале полей характерен участок насыщения, и, как показывает опыт, в этом случае время релаксации остается конечным даже при E= 0, что позволяет трактовать = это значение 3 как время релаксации, характерное для самопроизвольного переключения образца под действием внутреннего поля. Для кривой 2 характерен сильный рост 3 в слабых полях, что свидетельствует о сильно затрудненной поляризации при направлении внешнего поля, противоположном внутреннему.

Рис. 6. Температурные зависимости времени релаксации для двух направлений поля E= = Ec. 1 — E= Ei, 2 — E= Ei.

Полевые зависимости времени релаксации 4 представлены на рис. 5. Видно, что в отличие от зависимостей 3(E=) зависимости 4(E=), полученные для противоположных направлений внешнего поля, качественно ведут себя одинаково во всем интервале значений переполяризующего поля. Для зависимостей 4(E=) характерно возрастание времени релаксации в области как слабых, так и сильных полей. Если в области слабых полей возрастание 4 объяснимо и согласуется с ходом полевых зависимостей времени релаксации кристалла ТГС, то Рис. 4. Полевые зависимости времени релаксации 3 для возрастание 4 в области сильных полей свидетельствует, двух направлений поля E=. 1 — E= Ei, 2 — E= Ei.

вероятно, о том, что взаимодействие между доменными T = 33.4C.

Физика твердого тела, 1998, том 40, № Диэлектрическая релаксация в кристаллах дейтерированного триглицинсульфата присутствуют как быстрые, динамично реагирующие на внешнее поле водородные связи с протонами в двойной потенциальной яме, так и менее динамичные дейтронные связи. Можно рассматривать глициновые комплексы с незамещенными протонами как дефекты, которые создают в кристалле внутреннее поле смещения, оказывающее определенное влияние на его свойства.

Проведенные в работе измерения показали, что это поле невелико (40-50 V/cm) и практически не зависит от температуры во всем исследованном интервале температур. Термический отжиг образцов в течение часа при 110C не приводит к исчезновению Ei и даже сколько-нибудь заметному изменению его величины.

Можно предположить, что наибольшему влиянию со стороны внешнего электрического поля подвергаются связи с наиболее легкими посредниками — протонами.

Это, вероятно, приводит к тому, что в исследованных кристаллах ДТГС глициновые комплексы с незамещенными протонами играют роль низкоэнергетичных ценРис. 7. Температурные зависимости времени релаксации тров зародышеобразования, на которых в первую очередь для двух направлений поля E= = 2Ec. 1 — E= Ei, 2 — E= Ei. и начинается зарождение новых доменов в процессе переполяризации.

В целом проблема природы и свойств внутреннего поля в кристаллах со смешанными протонно-дейтронными стенками, включающееся на этом этапе релаксационсвязями представляет несомненный интерес и заслуного процесса, препятствуют полной монодоменизации живает специального как экспериментального, так и кристалла, вследствие чего характерная длительность теоретического изучения.

процесса возрастает.

Полученные в ходе эксперимента температурные зависимости времени релаксации 3 и 4 представлены Список литературы соответственно на рис. 6 и 7. Видно, что эти зависимости [1] С.Н. Дрождин, Л.Н. Камышева, О.М. Голицына. Вестн.

являются существенно немонотонными и не описываютВГТУ. Физическое материаловедение 1, 1, 96 (1996).

ся уравнением Аррениуса. Характерной особенностью [2] С.А. Гриднев, В.М. Попов, Л.А. Шувалов. Изв. АН СССР.

зависимостей (T) является наличие двух температурСер. физ. 48, 6, 1226 (1984).

ных областей аномального роста времени релаксации, [3] В.В. Гладкий, В.А. Кириков, Е.С. Иванова. ФТТ 39, 2, расположенных ниже точки Кюри соответственно на (1997).

7-8C и 15-18C. Для кристалла ТГС аналогичные [4] L.N. Kamysheva, S.N. Drozhdin, O.M. Serdyuk. Phys. Stat. Sol.

участки связывают с существованием температурных (a) 97, K29 (1986).

областей перестройки доменной структуры кристал- [5] Л.Н. Камышева, С.Н. Дрождин, О.М. Сердюк. ЖТФ 38, 8, ла [7]. Представленные результаты указывают на то, 1607 (1988).

[6] Л.И. Донцова, Н.А. Тихомирова, Л.А. Шувалов. Кристаллочто и в ДТГС существуют такие же области спонтанной графия 39, 2, 158 (1994).

перестройки доменной структуры, однако по сравнению с ТГС они смещены на 8-10C в сторону высоких температур вследствие замещения протонов на более тяжелые и менее динамичные частицы — дейтроны.

В температурных зависимостях также прослеживается влияние внутреннего поля, проявляющееся в различии абсолютных значений для разных направлений внешнего переполяризующего поля при одинаковой температуре (рис. 6 и 7).




© 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.