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.
  1. M. Wada. Ind. J. Appl. Phys. 26, 68 (1988)
  2. M. Wada, Y. Yshibashi. J. Phys. Soc. Jap. 52, 193 (1983)
  3. Б.А. Струков, М.Ю. Кожевников, Е.Л. Сорока, М.Д. Волнянский. ФТТ 32, 9, 2823 (1990)
  4. Y. Iwata, I. Shubuya, M. Wada, A. Sawada, Y. Yshibashi. Jap. J. Appl. Phys. 24, 597 (1985)
  5. H. Terauchi, S. Jida, Y. Nishihaba, M. Wada, A. Sawada, Y. Yshibashi. J. Phys. Soc. Jap. 52, 2312 (1983)
  6. A. Sawada, M. Wada, K. Fujta, H. Toibana. Jap. J. Appl. Phys. 24, 534 (1985)
  7. M. Horioka, A. Sawada, M. Wada. J. Phys. Soc. Jap. 58, 10, 379 (1989)
  8. 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.