WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     || 2 |
Физика твердого тела, 1999, том 41, вып. 10 Влияние полей упругих напряжений на ионный перенос через гетеропереход суперионный кристалл-электрод © С.И. Бредихин, М.В. Богатыренко Институт физики твердого тела Российской академии наук, 142432 Черноголовка, Московская обл., Россия (Поступила в Редакцию 12 марта 1999 г.) Обнаружено возникновение тока во внешней цепи при упругой деформации локальной области суперионного кристалла RbAg4I5. Изучена зависимость величины и знака деформационного тока от области приложения локальной нагрузки к образцу и исследованы временные характеристики процесса. Исследовано влияние упругой деформации на процессы, происходящие на гетеропереходе суперионный проводник–электрод и предложен механизм возникновения деформационного тока. Рассмотрено явление возникновения фотостимулированных токов при освещении локальной области суперионного проводника светом, соответствующим внутрицентровому возбуждению оптически активных центров. Показано, что поля упругих напряжений, возникающих вокруг фотовозбужденных центров, ответственны за возникновение фотостимулированных токов.

Суперионные проводники являются особым классом и процессы, происходящие на гетеропереходе, оставакристаллов, в которых при температурах значительно лись вне поля зрения исследователей. Настоящая работа ниже температуры плавления наблюдается структурное посвящена изучению влияния упругих напряжений на разупорядочение одной из ионных подрешеток. Важной процессы, происходящие в суперионном кристалле и на отличительной особенностью суперионных кристаллов гетеропереходе суперионный проводник–электрод.

является наличие двух типов носителей заряда: электро- Многие физические явления, наблюдаемые в супернов и ионов, взаимодействие между которыми приводит к ионных проводниках, определяются процессами переноцелому ряду новых явлений и эффектов, возникающих на са мобильных ионов через гетеропереход суперионный гетеропереходе суперионный проводник–электрод [1–4].

проводник–электрод и связаны с преодолением мобильНаиболее ярко характерные свойства суперионных ма- ными ионами потенциального барьера на гетероперехотериалов проявляются у веществ, получивших название де [7,8]. В отсутствие внешней разности потенциалов на ”материалы с расплавленной катионной подрешеткой”.

гетеропереходе обратимый электрод–суперионик термоУ наиболее типичного представителя этой группы — активируемые потоки ионов, текущие через потенциалькристаллов RbAg4I5 — наблюдаются минимальные зна- ный барьер из суперионика в электрод и из электрода чения энергии активации для движения мобильных сере- в суперионик, равны друг другу и суммарный ток через бряных катионов (Ea 0.1eV) и максимальные вели- переход отсутствует [7,8]. Естественно, что изменение чины ионной электропроводимости i 0.32 ( · cm)-условий равновесия на гетеропереходе при приложении при комнатных температурах [5].

разности потенциалов или в результате изменения энерНаличие мобильной ионной подсистемы приводит к гии катионов в суперионном проводнике при его упругой ионному обмену между суперионным проводником и деформации, должно сопровождаться возникновением электродом [6–8]. Так, приложение разности потенци- ионных токов, текущих через гетеропереход.

алов к системе Ag–RbAg4I5–Ag приводит к возникновеС целью обнаружения и изучения явления возникнонию ионного тока и переносу серебра с положительного вения деформационных и фотостимулированных токов в электрода на отрицательный. Приложение к обратимым настоящей работе изучено влияние упругих напряжений серебряным электродам механических давлений также и внутрицентрового возбуждения оптически активных приводит к протеканию в системе Ag–RbAg4I5–Ag ионцентров на процессы, происходящие на гетеропереходе ного тока [6,9,10]. В случае замкнутых электродов в суперионный проводник–электрод.

системе течет ионный ток из электрода, находящегося под большим давлением, в электрод, находящийся под 1. Деформационные токи меньшим давлением. На разомкнутых электродах наблюдалось возникновение бароэдс, противодействующей да- в суперионных кристаллах влению [6,9,10]. Отличительной особенностью бароэдс, обнаруженной и изученной в работах [6,9,10], являлось Исследования были выполнены на кристаллических то, что бароэдс определяется только свойствами элек- образцах RbAg4I5, выращенных методом направленной тродов, а суперионный кристалл выполняет функцию кристаллизации [11]. Специальные методы очистки и полупроницаемой мембраны, пропускающей ионы и не оптимальные условия кристаллизации позволили снипропускающей электроны. Следует отметить, что при ис- зить содержание контролируемых примесей тяжелых следовании всех этих явлений процессы переноса ионов металлов в образцах до концентраций меньших чем через гетеропереход суперионный проводник–электрод 10-4%. Образцы длиной 6–7 mm и сечением 2 4mm Влияние полей упругих напряжений на ионный перенос через гетеропереход суперионный кристалл... с симметричными графитовыми или серебряными электродами в отсутствие внешнего электрического поля и необходимым условием его возникновения является лишь локальная упругая деформация образца (рис. 1).

Было установлено, что при нагружении локальной области суперионного кристалла RbAg4I5 с симметричными графитовыми электродами ячейка C–RbAg4I5–C работает как источник тока.

Характерный отклик системы C–RbAg4I5–C на приложение и снятие давления представлен на рис. 2. Видно, что приложение внешней нагрузки сопровождается скачкообразным возникновением деформационного тока с последующей частичной релаксацией его величины (с постоянной времени 9s) к равновесному значению величины деформационного тока, которое остается практически неизменным в течение всего времени (de f ) приложения к образцу внешней механической нагрузки.

Рис. 1. Зависимость величины деформационного тока от расположения области приложения нагрузки в суперионном кристалле RbAg4I5 в пределах между графитовыми электродами при фиксированной величине внешней нагрузки P 5106 Pa.

непосредственно перед экспериментом вырезались из слитков. Электроды из мелкодисперсных порошков графита наносились на торцевые грани образца. В процессе измерений образец располагался на поверхности сапфировой пластинки (рис. 1), помещенной в оптический термостат. Нагружение образца производилось с помощью пуансона, на нижнем конце которого располагалась Рис. 2. Скачкообразное возникновение и уменьшение величисапфировая призма с размерами рабочей поверхности ны деформационного тока при приложении и снятии внешней 0.1 3 mm. Внешнему давлению подвергалась область нагрузки P 5 106 Pa.

образца площадью 0.13 mm, расположенная между графитовыми контактами, нанесенными на торцевые грани (рис. 1). В процессе измерений к образцу прикладывались нагрузки меньшие, чем предел микропрочности кристаллов RbAg4I5, P 5 108 Pa [6].

В результате проведенных исследований было обнаружено, что при упругой деформации локальной области исследуемого образца RbAg4I5 во внешней цепи возникает ток, направление которого соответствует переносу электронов в сторону электрода, вблизи которого к образцу прикладывалась нагрузка. Оказалось, что величина и знак деформационного тока зависят от области приложения локальной нагрузки к образцу. При изменении положения области приложения локальной нагрузки в образце и смещении ее от контакта величина тока уменьшается и деформационный ток изменяет знак при переходе через середину образца (рис. 1). На рис. представлена типичная зависимость вличины деформаРис. 3. Зависимость установившегося значения деформациционного тока от расположения области приложения онного тока от величины нагрузки при приложении внешней нагрузки в суперионном кристалле RbAg4I5. Следует нагрузки к образцу RbAg4I5 на расстоянии 0.5 mm от одного из отметить, что деформационный ток возникает в образце графитовых электродов.

Физика твердого тела, 1999, том 41, вып. 1768 С.И. Бредихин, М.В. Богатыренко Снятие с образца механической нагрузки также со- выделяющегося на блокирующем графитовом электроде, провождается скачкообразным уменьшением величины находящемся в контакте с суперионным проводником. В деформационного тока и его последующей релаксацией предложении равенства констант ионизации и диссоциас постоянной времени 9 s к исходному значению. ции серебра (kp kd) концентрация серебра CAg, выделяющегося на поверхности блокирующего графитового Таким образом, при исследовании отклика системы на электрода в равновесных условиях, при концентрации приложение локальной внешней нагрузки наблюдается как нестационарный отклик ( 9s), так и квазиста- мобильных катионов серебра в суперионном кристалле + RbAg4I5 CAg 1022 cm-3 оказывается порядка ционарный отклик на упругую деформацию суперионного кристалла. Зависимость установившегося значения CAg + kp p - d CAg = exp - 1014 cm-3, (3) деформационного тока от величины внешней нагрузки, kd kT измеренная на образце RbAg4I5 с симметричными графит. е. меньше монослоя серебра на поверхности графита.

товыми электродами, представлена на рис. 3. Видно, что Это является еще одним подтверждением полученного величина деформационного тока увеличивается линейно нами ранее [8] результата о том, что на гетеропереходе с ростом давления.

суперионный проводник–графит возникают островковая структура серебра и серебряные дендритные кластеры.

2. Процессы ионного обмена Важным параметром, определяющим свойства мои релаксационные процессы бильных дефектов в суперионных кристаллах, являются активационные объемы, связанные с этими дефектами.

на гетеропереходе суперионный Подробные измерения величин и температурных зависипроводник–электрод мостей активационных объемов для процесса диффузии в суперионных кристаллах RbAg4I5 были проведены в Для выяснения механизма возникновения деформациработах [12,13]. Измерения активационного объема, проонных токов рассмотрим перенос ионов и электронов веденные в низкотемпературной несуперионной -фазе, через гетеропереход. Перенос ионов из суперионного дали значение Va 9cm3/mol, сопоставимое со знапроводника RbAg4I5 на электрод связан с образованием чением полного активационного объема для кристаллов нейтральных атомов серебра на поверхности электроAgBr (10.6 cm3/mol) и AgCl (11.6 cm3/mol) [12].

да, а обратный процесс связан с растворением этих Рассмотрим влияние упругих напряжений на проатомов в объеме образца. При этом на гетеропереходе цессы, происходящие на гетеропереходе суперионный суперионный проводник RbAg4I5–электрод, имеют место проводник–электрод. Пусть вблизи одного из гетеропепроцессы осаждения серебра на графитовом электроде реходов к ячейке C–RbAg4I5–C с симметричными граи образование серебряных кластеров, а также обратные фитовыми электродами приложено внешнее локальное процессы растворения этих серебряных кластеров в давление P. Приложение давления (P) приводит к объеме суперионного проводника. В равновесии потоки изменению потенциальной энергии мобильных катионов серебра через гетеропереход из суперионного проводниd µi = µip+PVa в приэлектродной области суперионного ка в электрод (Jp) и из электрода в объем суперионного проводника RbAg4I5 и к уменьшению величины барьера проводника (Jd) равны друг другу Jd = Jp = J0.

для процесса осаждения серебра на графитовом электроВыражения для потоков растворяющегося и осаждаемого де (0 - PVa). Как следствие этого поток серебра из серебра можно описать с помощью уравнений Бутлера– суперионного проводника в электрод увеличивается Волмера [7,8] p - PVa d J0 = CAg + kpexp Jd = CAgkdexp(-d/kT ), (1) kT + Jp = CAg kpexp(-p/kT ), (2) = J0exp(PVa/kT ), (4) где Jd и Jp — потоки растворяющегося и осаждаемого в то время как поток серебра из электрода в объем + серебра; CAg и CAg — концентрация серебра в электроде суперионного проводника остается неизменным и суперионной фазе кристалла RbAg4I5; kd и kp — Jd = CAgkdexp(-d/kT ) =J0. (5) константы ионизации и диссоциации серебра; d и p — активационные энергии процессов растворения серебра Следовательно, приложение внешнего давления к прии осаждения серебра соответственно. Оценка величины электродной области суперионного проводника RbAg4Iприводит к нарушению условия локального равновесия активационной энергии процесса растворения серебра в и к возникновению ионного тока Ji, текущего через объеме суперионного проводника RbAg4I5 дала значение гетеропереход на электрод из объема суперионного проd (15-20) mV [10] и для процесса осаждения серебра на графитовом электроде с образованием се- водника PVa ребряных кластеров значение p 460 mV [8]. В Ji = J0 exp - 1. (6) kT условиях равновесия на гетеропереходе потоки растворяющегося и осаждаемого серебра равны (Jd = Jp), что В свою очередь неравновесные ионные токи, текущие позволяет произвести оценку концентрации серебра CAg, через гетеропереходы, приводят к возникновению во Физика твердого тела, 1999, том 41, вып. Влияние полей упругих напряжений на ионный перенос через гетеропереход суперионный кристалл... Численное решение данной системы дифференциальных уравнений позволяет получить зависимость от времени дополнительных зарядов (q1(t) и q2(t)), возникающих на емкостях, образованных двойными заряженными слоями, и описать характеристики деформационного тока (Ide f (t)) при различных начальных условиях на ячейке C–RbAg4I5–C. В рамках приведенной модели возникновения деформационного тока можно произвести оценку его величины. Действительно, приложение внешнего давления (P 5 106) Pa к одной из приэлектродных областей образца эквивалентно включению на этом гетеропереходе RbAg4I5–C ЭДС, равной Рис. 4. Эквивалентная электрическая схема ячейки = PVa/e 0.1V.

C–RbAg4I5–C при приложении локальной внешней нагрузки к Результаты расчета модельного временного отклика образцу RbAg4I5.

системы на приложение и снятие давления в соответствии с приведенной выше эквивалентной схемой (рис. 4) ячейки C–RbAg4I5–C представлены на рис. 5.

внешней цепи экспериментально наблюдаемого дефорВидно, что рассчитанная величина дефомационного томационного тока (Ide f (t)).

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.