Введение к работе
Актуальность темы
После целой эпохи плодотворных исследований и значительных успехов в понимании физических явлений структурно-упорядоченного состояния внимание ученых переключилось в область физики неупорядоченных твердых' тел. Это неслучайно, так как разнообразие возможных нарушений порядка определяет чрезвычайно широкий спектр физических свойств неупорядоченных материалов, интересных с точки зрения как теории, так и практики.
Неупорядочные системы можно подразделить на две группы: системы с топологическим беспорядком и системы с беспорядком замещения. К первой группе относятся структуры, в которых расположение атомов не соответствует упорядоченной решетке, обладающей трансляционной инвариантностью. В рамках данной работы нас больше интересует второй тип беспорядка, когда атомы кристаллической решетки одного сорта частично и случайным образом заменены другими. Примером может служить "спиновое" стекло, с беспорядком замещения в магнитной подсистеме, где энергия обменного взаимодействия меняет не только величину, но и знак.
Экспериментальные и теоретические аспекты физики спиновых стекол находятся на переднем крае фундаментальных научных исследований. Однако основной вопрос о существовании реального перехода в фазу стекла и природы параметра порядка остается спорным. Не совсем ясная природа процессов замораживания в спиновых стеклах стимулирует поиск других, немагнитных систем, с аналогичными конкурирующими взаимодействиями, которые могли бы приоткрыть проблемы, скрытые в спиновых стеклах. Если в таких системах возникает параметр порядка аналогичный параметру порядка Эдвардса-Андерсона, он может быть линейно связан со всеми скалярными параметрами решетки, в частности с плотностью. Это может наблюдаться как раз при наличии электрострикции, а не магнитострикции. Более того, явления электрострикции - дальнодействующий эффект. При благоприятных условиях такие эффекты можно описать в рамках теории среднего поля и они могут вызвать реальный переход в фазу стекла. Учитывая все это, необходимо изучение случайно упорядоченных систем с большой электрострикцией, т.е. предпочтительно твердых растворов нежели примесно-разбавленньгх систем. Одним из наиболее уникальных аналогов спиновых стекол в классе диэлектриков является смешанная система Rb,_x(NH4)xH2P04 (RADP), исходными кристаллами для которой являются сегнетоэлектрик RbH2P04 (RDP) и антисегнетоэлектрик NH4H2P04 (ADP).
Изучение такой модельной системы углубляет наши знания о стеклах и аморфных материалах в целом и позволяет, в частности, определить, насколько далеко на другие системы распространяются теоретические концепции, развитые для спиновых стекол. RADP является именно той подходящей системой, для которой легко применим практически весь набор современных экспериментальных методов исследования конденсированных сред. Наконец, именно в случае RADP имеется более сильное влияние на решетку, т. к. элекгрострикция более сильнее магнитострикции. Следовательно, эта система представляет уникальную промежуточную ступень между спиновыми и реальными стеклами.
Дополнительным стимулом для исследования RADP методом ЭПР-спектроскопии послужили такие факты, как: проведенные ранее детальные ЭПР-исследования исходных кристаллов RDP и ADP; возможность получение информации о локальных свойствах структурного стекла; наличие подходящего парамагнитного зонда, обладающего хорошим совпадениен-своего ионного радиуса с ионными радиусами рубидия и аммония, которьп чувствителен к структурным фазовым превращениям.
В соответствии с этим основной целью данной работы явилис) экспериментальные исследования смешанных кристаллов группы KDP Rbj x(NH4)xH2P04 методом ЭПР ионов Т12+ в широком интервале температур (4.2 ЗООК) и во всем диапазоне концентраций (0<х<1), охватывающем каї упорядоченные области (СЭ и АСЭ), так и область протонного стекла.
Научная новизна работы заключается в том, что
-
Проведены впервые детальные исследования локальных свойст протонных стекол RADP с помощью неискажающего парамагнитного зондг находящегося в позиции катиона .
-
Исследована нетривиальная температурная трансформация формі линии ЭПР ионов Т12+ в протонном стекле (х=0.50). Предложен теоретическая модель, дающая качественное согласие с экспериментом.
-
Впервые обнаружена и изучена неоднородность фазы протонног стекла при низких температурах (Т<77К, 0.30<х<0.70). .
-
Проведены ЭПР-исследования СЭ фазы RADP и фазовой границ: между СЭ и протонным стеклом с приложением внешних электрически полей (0<х<0.22).
5. Впервые обнаружено и исследовано фазовое расслоение в АСЭ облает
RADP (0.74<х<1).
6. По данным ЭПР-спектроскопии построена фазовая диаграмма смешанных кристаллов RADP, на которой отражена качественно новая информация о процессах замораживания протонов в такой системе.
Практическая ценность работы состоит в том, что полученные экспериментальные результаты подтверждают теоретические выводы о сильном влиянии хаотических локальных квазистатических полей на процессы псевдоспинстекольного замораживания в такой модельной системе. Обнаружение таких тонких эффектов, как фазовая неоднородность, которая не фиксируется либо фиксируется очень слабо другими экспериментальными методами, свидетельствует о хорошей чувствительности и эффективности ЭПР-спектроскопии ионов таллия при исследовании структурных превращений в конденсированных неупорядоченных средах.
Автор защищает:
1. Результаты экспериментального исследования и интерпретации
спектров ЭПР ионов таллия в номинально стекольной области смешанных
кристаллов RADP (0.30<х<0.70).
2. Результаты экспериментального ЭПР исследования СЭ (0<х<0.20) и
АСЭ (0.76<х<1) областей RADP.
Апробация работы Результаты диссертационной работы обсуждались и докладывались на:
Всесоюзном совещании по радиоспектроскопии кристаллов с фазовыми переходами (Киев, 1989г.); XII и XIII Всесоюзных конференциях по физике хгнетоэлектриков (Ростов-на-Дону, 1989г. и Тверь, 1992г.); XII Школе-:импозиуме по магнитному резонансу (Кунгур, 1991г.); Международном геминаре по суперпротонным проводникам (Дубна, 1993г.), итоговых научных конференциях КГУ (Казань, 1990, 1993гг.); семинаре в Международном центре нейтронных исследований (институт Лауэ-Ланжевена, Гренобль, 1993г.); семинарах кафедры радиоспектроскопии и квантовой электроники (1990-1993 гг.); VII Международной европейской конференции по дефектам в непроводящих материалах EURODIM-94 (Лион, 1994), XXVII Конгрессе по магнитному резонансу (Казань, 1994).
Публикации
Основное содержание работы отражено в 11 научных публикациях.
Структура и объем работы
