Введение к работе
Соединения А4Вб, к которым относится Pbi-xGejJe, представляют собой полупроводники с узкой запрещенной зоной (Eg-~ 0.2-Ю.4 eV), в то же время они являются сегнетоэлектриками. Особенности физических свойств РЬі-хОеДе вблизи сегаетоэлектрического фазового перехода были исследованы различными методами, включая юмереїтя теплоемкости [1], электропроводности [2], диэлектрической проницаемости [3,4]. Детальное изучение фазовых переходов в сегнетоэлектриках А4В6 показало, что хотя в ряде да них (SnTe, Pbi-xSnxTe) фазовые переходы могут быть удовлетворительно описаны в рамках теории, предполагающей сильное электрон-фононное взаимодействие [5], однако, свойства Pbi-xGexTe не укладьгоаются в рамки этой модели. Для объяснения этих отличші было предположено, что положение атомов Ge в узлах решетки РЬТе неустойчиво, и атомы Ge, смещаясь из узлов, становятся нецентральными. Позднее в работе [7] при изучении тонкой структуры спектров рентгеновского поглощения (EXAFS) в области К-края поглощения Ge и і-края Pb на синхротронном излучении было установлено, что как ниже, так и выше Тс атомы Ge смещены го узлов в направлении <111>, а величина смещения составляет -4).8 А.
На то, что за возникновение фазового перехода в Pb!.xGexTe действительно ответственна нецентральность Ge, указывает целый ряд необычных свойств этого смешанного кристалла. Во-первых, в Pbi. xGexTe очень резко увеличивается температура фазового перехода при увеличении концентрации Ge, достигая значений Тс я 200 К при х = 0.1; во-вторых, температурная зависимость диэлектрической проницаемости отличается от закона Кюри - Вейсса. Кроме того, без привлечения концепции о нецентральности Ge нельзя объяснить и особенности электропроводности.
В литературе показано, что Pbi.xGexTe относится к кристаллам с нецентральными примесями, которые являются весьма перспективными объектами для изучения кооперативных явлений в неупорядоченных системах дипольных частиц. Однако к настоящему времени и в теории, и в эксперименте сделаны лишь первые шаги. Поэтому представляют интерес экспериментальные исследования Pbj.xGexTe с целенаправленным поиском проявления кооперативных эффектов в диэлектрических свойствах этих веществ.
Целью диссертационной работы является исследование свойств Pbi-xGexTe, обусловленных наличием сегаетоэлектрического фазового перехода и спонтанной поляризации, и явлений, обусловленных проявлением кооперативных эффектов.
В качестве объекта исследования были выбраны поликристаллические образцы Pbi-xGexTe(Ga) с содержанием Ge 2, 3, 5 at% и Ga 1-1.5 at%.
Для достижения указанной цели необходимо было решить следующие задачи:
-
Разработать методику исследования диэлектрических свойств сегнетоэлектриков - полупроводников в частотном диапазоне 103-107Гц.
-
Исследовать температурно-частотную зависимость комплексной диэлектрической проницаемости Pb!_xGexTe(Ga) вблизи сегнетоэлектрического фазового перехода.
-
Изучить влияние содержания Ge на температуру фазового перехода и диэлектрические свойства Pbi-xGexTe.
-
Сопоставить полученные экспериментальные результаты с теоретическими оценками и результатами работ других авторов.
Научная новизна.
Впервые обнаружено, что для Pb(-xGexTe(Ga) не только температура сегнетоэлектрического фазового перехода Т„ но и абсолютное значение є существенно растет с ростом содержания Ge. Впервые выделены и исследованы релаксационные потери в Pb]_xGexTe(Ga).
Основные положения, выносимые на защиту.
1. Для Pbi-xGexTe(Ga) (х=0.02; 0.03; 0.05) в интервале температур 77-
180 К не только температура сегнетоэлектрического фазового перехода Тс, но є' существенно растет с ростом содержания Ge.
-
В составах Pbi.xGexTe(Ga) на температурной зависимости диэлектрической проницаемости наблюдаются два пика: при температуре сегнетоэлектрического фазового перехода Тс и добавочный при Т\ >ТС, обусловленный кооперативным эффектом.
-
Увеличение концентрации свободных носителей для Pbi_xGexTe(Ga) приводит к уменьшению є', увеличению е" и снижению температуры сегнетоэлектрического фазового перехода.
-
Наличие спонтанной поляризации в Pbo.95Ge0.05Te(Ga) ниже фазового перехода ведет к появлению полярных компонент термотока. Эти компоненты пропорциональны вектору спонтанной поляризации и не зависят от направления температурного градиента.
Практическая и научная значимость.
В практическом плане внимание исследователей к соединениям группы А4В6 связано с наличием ряда особых физических свойств, позволяющих успешно использовать эти материалы при изготовлении термоэлектрических преобразователей энергии, фотоприемников, туннельных диодов и других приборов.
В теоретическом плане эти вещества интересны тем, что в них наиболее сильно проявляется влияние электронных параметров на сегнетоэлектрические свойства и сегнетоэлектрических на электронные. При разработке и эксплуатации приборов на основе Pbj-xGexTe должна быть учтена зависимость электрофизических свойств этих материалов от примесей, температуры и частоты.
Значимость результатов, полученных в диссертации, состоит в том, что они существенно расширяют сведения о температурно-частотной зависимости диэлектрической проницаемости и уточняют представления о влиянии Ge на сегнетоэлектрические свойства Pbi_xGexTe, что является важным как в общефизическом плане, так и в плане конкретных приложений.
Апробация работы.
Основные результаты диссертации докладывались на: VI Международной конференции «Реальная структура и свойства ацентрич-ных кристаллов» (Александров, 2003); IX Российско-китайском Симпозиуме «Новые материалы и технологии» (Астрахань, 2007); XI Международной конференции по физике диэлектриков (Санкт-Петербург, 2008); Всероссийском семинаре "Процессы переключения в сегнетоэлектриках и сегнетоэластиках" (Тверь, 2002); региональных научных конференциях "Физика: фундаментальные и прикладные исследования, образование" (Владивосток, 2003, 2007); региональной школе-симпозиуме «Физика и химия твердого тела» ДВО РАН, АНЦ (Благовещенск, 2003); VIII межрегиональной научно-практической конференции молодых ученых, аспирантов и студентов (г. Нерюнгри, 2007); Девятой региональной межвузовской научно-практической конференции «Молодежь XXI века: шаг в будущее» (Благовещенск, 2008).
По теме исследования опубликовано 10 статей, из них 3 в журналах, входящих в списки ВАК.
Объем работы и её структура.
Диссертация состоит из введения, трех глав и заключения, включает 5 таблиц, 36 рисунков и библиографию го 192 наименований. Общийобъём диссертации -109 стр. машинописного текста.
