Длительный период времени проводятся исследования сравнительно мало изученного класса сегнетоэлектриков, получивших название слабых. Малая величина спонтанной поляризации P_s приводит к ряду особенностей физических свойств этих кристаллов при температуре фазового перехода T_c. Типичным представителем слабых сегнетоэлектриков является германат лития Li₂Ge₇O₁₅ (LGO). P_s в этих кристаллах составляет всего 0.03 muC/cm², а величина постоянной Кюри-Вейсса C_CW 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 C_CW 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 T_C. 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 P_s оказывается очень малой. Однако при этом обеспечивается лишь малая часть диэлектрической проницаемости (varepsilon) [6] при T_C. Сравнительно высокое значение varepsilon при T_C связывается с релаксационными процессами, которые проявляются в значительной частотной дисперсии varepsilon в области T_C 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 (varepsilon_m1) достигает значения 350, что почти на порядок превышает ранее опубликованные данные [1]. Значение varepsilon в максимуме (varepsilon_m2), полученное в процессе нагревания образца, значительно ниже величины varepsilon_m1. 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 varepsilon_m1 до 250 и ниже. Закон Кюри-Вейсса выполняется (при охлаждении) в интервале температур 0.25 K выше и 0.15 K ниже T_C, а при нагревании - в интервале 0.75 K выше и 0.25 K ниже T_C. Величины C_CW (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 P_s 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 P_s от температуры квадратичная. Интегральный заряд, который освобождается при охлаждении (нагревании), с точностью до погрешности измерений (~ 10%) равен величине P_s. 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 T_C. Это свидетельствует о многодоменном состоянии образца. Суммарная величина заряда, протекающего в цепи, составляет не более 10% от величины P_s. 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 varepsilon_m1, что также указывает на релаксационную природу добавочной части varepsilon_m1. 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.

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.