Издателям
Вышедшие номера
Особенности фазового перехода в кристаллах слабого сегнетоэлектрика Li2Ge7O15
Кудзин А.Ю.1, Волнянский М.Д.1, Бусоул И.А.1
1Днепропетровский государственный университет, Днепропетровск, Украина
Поступила в редакцию: 21 апреля 1997 г.
Выставление онлайн: 19 сентября 1997 г.

Длительный период времени проводятся исследования сравнительно мало изученного класса сегнетоэлектриков, получивших название слабых. Малая величина спонтанной поляризации Ps приводит к ряду особенностей физических свойств этих кристаллов при температуре фазового перехода Tc. Типичным представителем слабых сегнетоэлектриков является германат лития Li2Ge7O15 (LGO). Ps в этих кристаллах составляет всего 0.03 muC/cm2, а величина постоянной Кюри--Вейсса CCW равна 4.6 K [1]. Исследование диэлектрических и механических свойств LGO показало, что это несобственный сегнетоэлектрик с фазовым переходом (ФП) второго рода [2]. Низкое значение CCW является признаком ФП типа упорядочения. Детальные исследования температурной зависимости теплоемкости кристаллов LGO [3], которые позволили определить избыточную энтропию при ФП (1.0 J/m·K), свидетельствуют в пользу перехода типа смещения. Противоречивые результаты дают также оптические и диэлектрические исследования. Исследования инфракрасных спектров поглощения и комбинационного рассеяния позволили обнаружить колебательные мягкие моды в LGO как выше, так и ниже TC. Нейтронографические [4] и рентгенографические [5] исследования показали, что в процессе ФП происходит смещение кислородных тетраэдров, содержащих ион германия, относительно кислородного октаэдра. В процессе такого смещения величина Ps оказывается очень малой. Однако при этом обеспечивается лишь малая часть диэлектрической проницаемости (varepsilon) [6] при TC. Сравнительно высокое значение varepsilon при TC связывается с релаксационными процессами, которые проявляются в значительной частотной дисперсии varepsilon в области TC в гигагерцовом диапазоне длин волн [7]. Природа этой дисперсии предположительно связывается с литиевой подрешеткой кристалла. Дополнительная аномалия varepsilon, проявляющаяся в сильном температурном гистерезисе, отмечалась в [8]. Многие расхождения в результатах исследований, выполненных разными авторами, могут быть связаны с несовершенством кристаллов, как это отмечалось в [3]. Все это является, по нашему мнению, основанием для дальнейших исследований свойств LGO. [!b] [width=]207-1.eps Зависимость диэлектрической проницаемости LGO от температуры. 1 --- охлаждение, 2 --- нагрев. В настоящей работе представлены результаты исследований диэлектрических свойств монокристаллов LGO, выращенных методом Чохральского. Отличительной особенностью исследованных образцов была высокая степень совершенства, достигнутая использованием особо чистых реактивов, подбором состава шихты и режима выращивания. На рис. 1 представлена зависимость varepsilon от температуры LGO, измеренной на частоте 1 kHz при охлаждении (кривая 1) и нагревании (кривая 2). При охлаждении varepsilon в максимуме (varepsilonm1) достигает значения 350, что почти на порядок превышает ранее опубликованные данные [1]. Значение varepsilon в максимуме (varepsilonm2), полученное в процессе нагревания образца, значительно ниже величины varepsilonm1. На эти величины сильное влияние оказывают температура и время выдержки образца в сегнетоэлектрической фазе. Результаты рис. 1 получены после выдержки кристалла в течение часа при -263 K. Для получения воспроизводимых результатов образцы подвергались длительному (до 10 h) отжигу при температуре 353--373 K. Многократное циклирование образца в интервале температур 283--293 K приводит к постепенному снижению varepsilonm1 до 250 и ниже. Закон Кюри--Вейсса выполняется (при охлаждении) в интервале температур 0.25 K выше и 0.15 K ниже TC, а при нагревании --- в интервале 0.75 K выше и 0.25 K ниже TC. Величины CCW (при охлаждении) равны 5.8 и 2 K, а (при нагревании) 4.4 и 1 K соответственно (рис. 2). Полученные параметры кристаллов существенно отличаются от опубликованных ранее в [2]. [!b] [width=]207-2.eps Зависимость обратной диэлектрической проницаемости LGO от температуры. 1 --- охлаждение, 2 --- нагрев. varepsilon0 --- диэлектрическая проницаемость при T=293 K. Известно, что большое число часто определяющее влияние на свойства сегнетоэлектриков оказывают их доменная структура и ее изменение при изменении температуры и других внешних воздействиях. Поэтому были предприняты исследования, направленные на выяснение влияния этого фактора. LGO --- одноосный сегнетоэлектрик, вектор Ps которого направлен вдоль направления [001], что не позволяет выявить доменную структуру оптическими методами. Для выявления роли доменной структуры и получения косвенной информации о доменном состоянии кристалла проводились исследования влияния воздействия сильного поляризующего электрического поля, приложенного на время выдержки образца в сегнетоэлектрическом состоянии, и оценки изменения заряда поляризации методом измерения пироэлектрических токов. Измерения пиротока выполнялись общепринятым квазистатическим методом при равномерном нагревании (охлаждении) образца. Результаты этих измерений представлены на рис. 3. Неотожженный образец и при нагреве, и при охлаждении обнаруживает пиросигнал одного знака. Вблизи ФП зависимость Ps от температуры квадратичная. Интегральный заряд, который освобождается при охлаждении (нагревании), с точностью до погрешности измерений (~ 10%) равен величине Ps. Этот результат показывает, что неотожженные кристаллы имеют монодоменное или близкое к нему состояние. Отжиг кристаллов полностью изменяет вид температурной зависимости пиротока. При охлаждении (нагреве) наблюдается изменение знака пиротока вблизи TC. Это свидетельствует о многодоменном состоянии образца. Суммарная величина заряда, протекающего в цепи, составляет не более 10% от величины Ps. Это свидетельствует о том, что неотожженные кристаллы имеют многодоменную структуру с примерно равным количеством антипараллельных доменов. Измерения зависимости varepsilon на моно- и полидоменных образцах дают практически одинаковые результаты. Таким образом, наблюдаемые особенности поведения varepsilon не могут быть объяснены доменными процессами. Полученные результаты исключают также высказанное в [8] предположение о внутреннем поле деполяризации как о причине температурного гистерезиса varepsilon. [!tb] Температурная зависимость пиротока кристаллов LGO до ( 1, 2) и после ( 3, 4) отжига. 1, 3 --- охлаждение, 2, 4 --- нагрев. Представленные результаты указывают на то, что в varepsilon LGO вносят вклад два механизма. Один --- решеточный, связанный с мягкой модой, второй --- релаксационный. Заряды, определяющие этот релаксационный механизм поляризации кристалла, увеличивает поляризуемость при структурном переходе. Кроме того, после перехода кристалла в поляризованное состояние идет дальнейшее его упорядочение, приводящее к запоминанию образцом факта пребывания в поляризованном сегнетоэлектрическом состоянии. Ввиду большого значения varepsilon в пике концентрация этих релаксирующих зарядов должна быть высокой, что дает основание считать релаксирующими зарядами в LGO ионы лития. Предварительные исследования частотной зависимости varepsilon в мегагерцовом диапазоне частот указывают на частотную дисперсию varepsilonm1, что также указывает на релаксационную природу добавочной части varepsilonm1. Таким образом, в результате проведенных исследований существенно уточнены параметры кристаллов германата лития, изучены особенности поведения varepsilon в области сегнетоэлектрического ФП, обнаружен вклад релаксационного механизма поляризации в varepsilon.
  • M. Wada. Ind. J. Appl. Phys. 26, 68 (1988)
  • M. Wada, Y. Yshibashi. J. Phys. Soc. Jap. 52, 193 (1983)
  • Б.А. Струков, М.Ю. Кожевников, Е.Л. Сорока, М.Д. Волнянский. ФТТ 32, 9, 2823 (1990)
  • Y. Iwata, I. Shubuya, M. Wada, A. Sawada, Y. Yshibashi. Jap. J. Appl. Phys. 24, 597 (1985)
  • H. Terauchi, S. Jida, Y. Nishihaba, M. Wada, A. Sawada, Y. Yshibashi. J. Phys. Soc. Jap. 52, 2312 (1983)
  • A. Sawada, M. Wada, K. Fujta, H. Toibana. Jap. J. Appl. Phys. 24, 534 (1985)
  • M. Horioka, A. Sawada, M. Wada. J. Phys. Soc. Jap. 58, 10, 379 (1989)
  • A.Yu. Kudzin, D.F. Bajsa, D.M. Volnyanskii, B. Garbarz. Ferroelectrics. 172, 449 (1995)
  • Подсчитывается количество просмотров абстрактов ("html" на диаграммах) и полных версий статей ("pdf"). Просмотры с одинаковых IP-адресов засчитываются, если происходят с интервалом не менее 2-х часов.

    Дата начала обработки статистических данных - 27 января 2016 г.