WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     || 2 |
Физика твердого тела, 2000, том 42, вып. 1 Влияние электрического поля на перколяционный фазовый переход в монокристаллах скандотанталата свинца © Л.С. Камзина, Н.Н. Крайник Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе Российской академии наук, 194021 Санкт-Петербург, Россия E-mail: Kamzina@kas.ioffe.rssi.ru (Поступила в Редакцию 10 июня 1999 г.) Методом малоуглового рассения света (МРС) исследовано влияние постоянного электрического поля на процесс прохождения фазового перехода в монокристаллах скандотанталата свинца с разной степенью упорядочения ионов. Показано, что спонтанный фазовый переход, имеющий место в этих кристаллах, сопровождается острым пиком интенсивности МРС, свидетельствующим о перколяционнм характере этого перехода. Построена фазовая диаграмма (поле–температура) для всех исследуемых в работе кристаллов PST.

Обнаружено, что величина электрического поля и скорость изменения температуры влияют на интенсивность МРС.

Сегнетоэлектрики со структурой перовскита типа их от других релаксоров, в которых подобный переход AB B O3, к которым принадлежат кристаллы скандотан- наблюдается только в электрических полях. Наличие талата свинца PbSc1/2Ta1/2O3 (PST), представляют собой спонтанного перехода подтверждалось резким падением большой класс веществ, где химический беспорядок в диэлектрической проницаемости [1] при некоторой темрасположении ионов B и B вызывает релаксорное пературе (Td) при охлаждени образца ниже температуры поведение кристаллов. Степень размытия фазового пере- максимума, отсутствием частотной зависимости в хода между сегнетоэлектрической и параэлектрической температурной области между Td и Tmax, аномалией фазами зависит от степени упорядочения ионов Sc3+ теплоты перехода и двойными петлями диэлектрического и Ta5+ (s) в октаэдрических положениях в решетке. В гистерезиса, наблюдаемыми выше температуры спонтанкристаллах с дальним порядком (s 1 — практически ного перехода [8].

упорядоченные соединения) наблюдается четкий сегне- В последнее время появилось особенно много ратоэлектрический фазовый переход 1-го рода и отсут- бот о влиянии постоянного электрического поля на ствует промежуточная релаксорная фаза между сегнето- характер спонтанного фазового перехода из нормальэлектрической и параэлектрической фазами [1,2]. Изме- ного сегнетоэлектрического состояния в релаксорное няя температурные условия выращивания монокристал- в упорядоченных и неупорядоченных керамических солов [3] или условия термообработки образцов [4], можно единениях PST. Это связано с тем, что электрическое влиять на степень упорядочения ионов и тем самым поле оказывает разное влияние на релаксорные свойства модифицировать релаксорные свойства. и на характер спонтанного фазового перехода в этих Возможность получить в одном и том же соединении соединениях. Приложение электрического поля может разный характер фазовых переходов определяет основ- увеличить однородность и стабильность сегнетоэлектриную научную ценность исследований этих соединений ческого состояния, его влияние на релаксорные свойи делает кристаллы PST прекрасным объектом для из- ства, что поможет лучше понять природу релаксорного учения проблемы релаксорного поведения в различных поведения. Все эти работы касались только изменений соединениях. Кроме того, некоторые релаксоры, к числу диэлектрических свойств керамики PST и PSN в электрическом поле. Но, к сожалению, в этих соединениях которых относятся кристаллы PST и PSN, обладают еще аномалия на кривой, соответствующая спонтанному одним уникальным свойством. Они обнаруживают кроме переходу, выражена недостаточно четко (наблюдалось типичного релаксорного поведения еще и спонтанный переход между сегнетоэлектической и релаксорной фаза- только резкое падение при охлаждении образца, в то время как при нагреве образца аномалия была ми при температурах ниже максимума диэлектрической практически не видна), а сама температура аномалии проницаемости в отсутствие электрического поля [1,5].

О таких переходах в керамических образцах PLZT со- очень близка к температуре максимума (T 1-5K в зависимости от степени размытия). Поэтому для полустава 17/30/70 и 12/40/60 сообщалось в работах [6,7], а чения наглядной картины влияния электрического поля в упорядоченной и разупорядоченной керамике PST — в работе [1]. Это явление представляется особенно инте- на вид диэлектрической аномалии требуется, с одной стороны, достаточно чувствительная установка, а с друресным и важным, так как только в этом случае имеется гой — измерения в широком интервале электрических возможность связать сегнетоэлектрическое релаксорное полей.

поведение и обычное сегнетоэлектрическое поведение в одном и том же соединении без приложения каких- Более чувствительными методами изучения влияния либо внешних воздействий. Такое поведение отличает внешнего поля на изменение пространственных неодноВлияние электрического поля на перколяционный фазовый переход в монокристаллах... родностей поляризации являются оптические методы, в том числе метод малоуглового рассеяния света (МРС).

В наших предыдущих работах по исследованию процесса прохождения размытого фазового перехода в монокристаллах PST методом МРС [8,9] было установлено наличие резкого пика на кривой температурной зависимости МРС, что свидетельствует о перколяционном характере перехода между релаксорной и сегнетоэлектрической фазами. Температура, при которой наблюдался этот пик, находится ниже температуры максимума. Разница между этими температурами тем больше, чем меньше степень упорядочения ионов. Можно с уверенностью сказать, что температура аномального пика МРС соответствует спонтанному фазовому переходу из сегнетоэлектрической в релаксорную фазу.

Таким образом, целью данной работы является изучение влияния постоянного смещающего поля на спонтанный фазовый переход в монокристаллах PST, с одной стороны, и на характер перколяционных процессов, Рис. 1. Температурные зависимости интенсивности малоуглосопровождающих этот переход, с другой стороны. Кро- вого рассеяния света (1) и диэлектрической проницаемости (2) ме того, представляется интересным проследить влия- для кристалла PST IV. Угол рассеяния 30 min.

ние скорости изменения температуры образца во время проведения эксперимента на прохождение спонтанного фазового перехода.

1. Методика эксперимента и исследуемые образцы Исследовалось МРС, измеренное в геометрии пропускания [10], в семействе сегнетоэлектриков PST с разной степенью упорядочения ионов Sc3+ и Ta5+. Кристаллы были синтезированы при разных температурных режимах роста [11] и имели следующие характеристики:

PST I — Tmax = 297 K, Tан. пика = 287 K, s = 0.65;

PST II — Tmax = 301 K, Tан. пика = 294 K, s = 0.7;

PST III — Tmax = 309 K, Tан. пика = 304 K, s = 0.95;

PST IV — Tmax = 316 K, Tан. пика = 313 K, s = 0.98.

Степень упорядочения s контролировалась рентгенографически. Электрическое поле прикладывалось вдоль направления [001] при температуре 273 K, свет распространялся вдоль [100]. Диэлектрические измерения проводились на частоте 50 kHz. Все измерения проводились в режиме нагревания образца. Скорость изменения температуры образца, кроме случаев, оговоренных особо, составляла 3 K/min. После приложения электрического поля образцы перед каждым измерением термически деполяризовывались.

2. Экспериментальные результаты и обсуждение На рис. 1 и 2 представлены температурные зависимости интенсивности МРС и диэлектрической проницаемости для кристаллов PSTIV и PSTI, снятые в режиме Рис. 2. Температурные зависимости интенсивности малоуглонагревания образца в отсутствие электрического поля.

вого рассеяния света (1) и диэлектрической проницаемости (2) При температуре Td четко видны на обоих рисунках для кристалла PST I. Угол рассеяния 20 min.

Физика твердого тела, 2000, том 42, вып. 138 Л.С. Камзина, Н.Н. Крайник пики МРС, подтверждающие существование спонтанного сегнетоэлектрического перехода перколяционного типа и возникновение при этом переходе крупномасштабной неоднородной структуры. Из кривых рис. 1, снятых при нагреве и охлаждении образца, видно, что разница в положении пика составляет 11 K. Такой температурный гистерезис является одной из основных черт фазового перехода 1-го рода. Разница между температурами аномального пика и максимума составляет в кристалле PST IV всего 2-3 K. Температуре аномального пика (Td) на кривой соответствует температура, при которой начинается резкое увеличение диэлектрической проницаемости (кривая 2 на рис. 2).

Из кривой 2 хорошо видно, что аномалия, снятая при нагреве образца, выражена незначительно, в то время Рис. 4. Зависимость интенсивности малоуглового рассеякак пик МРС четко виден. Приложение постоянного ния света от величины электрического поля для кристаллов электрического поля сдвигает температуру спонтанноPST II (1) и PST III (2). Угол рассеяния 20 min.

го сегнетоэлектрического перехода в сторону высоких температур, так же как и для керамических образцов PST [2]. То что температура аномального пика МРС, снятая при нулевой частоте в отсутствие смещающего вая 3) и PST II (кривая 2) зависимость Td от электриэлектрического поля, совпадает с температурой спонтанческого поля несколько отличается от линейной, хотя ного перехода на температурной зависимости диэлектриналичие пика МРС и результаты работы [8] указывают ческой проницаемости, снятой на частоте 50 kHz, еще на то, что фазовый переход из сегнетоэлектрического в раз свидетельствует о нерелаксационном характере этого релаксорное состояние в разупорядоченном кристалле перехода.

является переходом 1-го рода. Такое отступление от На основании измерений интенсивности МРС при прилинейной зависимости в кристаллах PST I и PST II, в коложении постоянных электрических полей для кристалторых разупорядочено 35 и 30% объема соответственно, лов PST I, PST II и PST III была построена зависимость может быть связано с существованием в достаточно шитемпературы спонтанного перехода от электрического рокой температурной области релаксорного состояния и поля (рис. 3). В практически упорядоченном кристалле наличием поляризации в локальных областях кристалла PST III температура перехода Td линейно зависит от при температурах выше Td. Эти данные согласуются с электрического поля, что типично для фазового перехода результатами работы [2] для керамики PST, для которой 1-го рода из сегнетоэлектрического в параэлектрическое было показано, что локальная поляризация пропадает состояние (кривая 1 на рис. 3). Кристалл PST III являтолько при 170C, когда соединение переходит в парается практически упорядоченным образцом, в котором электрическое состояние.

только 5% объема образца осталось разупорядоченным.

Вторая часть работы посвящена исследованию процесДля более разупорядоченных кристаллов PST I (крисов перколяционного типа в PST кристаллах в различных электрических полях и при разных скоростях изменения температуры кристалла. Из наших измерений и из работы [2] следует, что увеличение величины электрического поля плоть до 10 kV/cm уменьшает почти в 3 раза величину в максимуме для разупорядоченных образцов и практически не влияет на величину для упорядоченных образцов. Сведений о влиянии величины электрического поля на процесс прохождения перколяционного фазового перехода в литературе нет.

На рис. 4 представлена зависимость интенсивности МРС от величины электрического поля для кристаллов PST II (кривая 1) и PST III (кривая 2). Несмотря на разную степень упорядочения ионов в этих кристаллах, поведение интенсивности МРС практически одинаково и отличается от поведения максимальной величины.

Рис. 3. Зависимость температуры спонтанного сегнетоэлек- Видно, что в поле E > 2 kV/cm интенсивность МРС трического перехода (Td) от величины смещающего электриче- резко падает и пик окончательно пропадает в поле ского поля для кристаллов PST III (1), PST II (2) и PST I (3).

4 kV/cm. В нашей работе [12] из анализа поляризаФизика твердого тела, 2000, том 42, вып. Влияние электрического поля на перколяционный фазовый переход в монокристаллах... состояние связан с кинетикой микродоменных переориентаций. Чем сильнее электрическое поле, приложенное к образцу, тем быстрее устанавливается макродоменное состояние, и чем слабее поле, тем большее время требуется для его установления. Поле, приложенное к образцу, может вызвать индуцированный фазовый переход в макродоменное состояние только в том случае, если скорость установления этого состояния меньше, чем время проведения эксперимента [16]. Следовательно, для наблюдения диэлектрических и оптических аномалий при температуре перехода в макродоменное состояние необходимо выбирать соответствующие время эксперимента (скорость нагрева образца) и величины электрических полей. Очевидно, что влияние скорости нагрева на величины аномалий должно проявляться особенно сильно в реласорных сегнетоэлектиках, в которых большую роль играют процессы ориентации полярных областей и движения границ между ними, а также доменных границ в полярных кластерах. Для Рис. 5. Влияние скорости нагрева образца на величину интен- кристалллов PST основная часть объема образца упорясивности малоуглового рассеяния света в кристаллах PST II (1) дочена и только незначительная часть разупорядочена, и PST I (2) в отсутствие электрического поля и в классическом поэтому влияние скорости, например, на интенсивность релаксоре PMN (3) в электрическом поле 3 kV/cm. Угол МРС должно проявляться меньше. Это наглядно видрассеяния 20 min.

но из рис. 5. При скорости изменения температуры 20-25 K/min аномальный пик в кристалле PMN пропадает (кривая 3), в то время как в кристаллах PST (кривые 1, 2) его величина остается практически ционных характеристик интенсивности МРС в разупонеизменной.

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.