Введение к работе
Актуальность темы Сегнетоэлектрические материалы перовскитовой структуры РЬгБсКЬОб и РЬгРеМЮб изучаются более 20 лет. Однако, несмотря на такой большой срок, удовлетворительного понимания физических механизмов, происходящих в них процессов и однозначной интерпретации наблюдаемых явлений нет до сих пор.
Известно, что многие свойства этих сегнетоэлектриков зависят от предыстории образца, от его "биографии": путем подбора температурного режима в процессе получения, введения добавок или последующей термической обработкой можно варьировать многие физические свойства, особенно структурно-чувствительные. Такие изменения свойств кристаллов РЬгвсЫЬОб и PbzFeNbOj многие авторы связывают лишь с изменениями степеней дальнего порядка в размещении атомов Sc (Fe) и Nb в соответствующей подрешетке перовскитовой структуры, игнорируя эффекты реального строения данных кристаллов. Поэтому для понимания всей картины процессов, происходящих в реальных сегнетоэлектриках, очень важно выяснение истинной структуры и установление корреляций соответствующих структурных параметров с физическими свойствами. Все это определяет актуальность темы диссертации.
Главной целью работы являлось установление взаимосвязей между структурными параметрами, характеризующими реальное строение и электрофизическими свойствами свежевыращенных монокристаллов PbjScNbOe, моно- и поликристаллов PbaFeNbO^, полученных при различных технологических режимах. В задачи работы входило:
изучение закономерностей формирования доменной структуры РЬгЗсМЮб как в электрических полях, так и без них; изучение фазового перехода РЬгБсМЮв в электрических полях поляризационно-оптическим методом;
J>OC НАЦИОНАЛЬНА! «ИМИОТБКА
установление связи между поведением фазовых переходов и
величиной и формой приложенных к монокристаллам
Pb2ScNb06 и Pb2FeNb06 электрических полей;
выяснение роли неоднородности структуры в размытии
фазовых переходов Pb2ScNb06 и Pb2FeNb06; Объекты и методы исследований. Объектами исследований в данной работе были выбраны сегнетоэлектрические монокристаллы Pb2ScNb06, моно- и поликристаллы Pb2FeNb06. Выбор данных объектов был обусловлен, во-первых, тем, что до сих пор не установлена однозначная связь между реальной структурой и электрофизическими свойствами Pb2ScNb06 и Pb2FeNb06, хотя их изучению посвящено большое количество работ. Во-вторых, ранее методами рентгеноструктурного анализа и поляризационной микроскопии ни кем не было изучено поведение фазовых переходов этих объектов в электрических полях. В-третьих, в литературе до сих пор нет четкого ответа, обладает ли дисперсией диэлектрической проницаемости и относится ли, вообще, РЬ2Ре№Ю6крелаксорам.
При выполнении диссертационной работы были использованы рентгендифракционные методы изучения моно- и поликристаллов с последующей обработкой экспериментальных данных на компьютере, методы изучения диэлектрических свойств с помощью измерительных мостов. Изучение теплового расширения объектов было осуществлено как с помощью рентгеновского дифрактометра, так и с помощью высокочувствительного дилатометра, а поляризационные характеристики были изучены по известной схеме Соэра-Тауэра. Доменная структура Pb2ScNb06 изучена с помощью поляризационного микроскопа, а оптические спектры поглощения изучены в видимой области (400-750 шп) и в ближней ИК-области. Обработка данных осуществлялась с применением лакета программ MathCAD.
5 На защиту выносятся следующие основные положения:
Наблюдаемое размытие фазовьж переходов и аномалии температурных зависимостей электрофизических свойств Pb2ScNb06 и РЬгИегЛОб обусловлены сосуществованием в широком интервале температур наноразмерных сегнетоэлектрических областей, отличающихся по параметрам решетки вдоль основных кристаллографических направлений типа [100], [010], направлениями векторов спонтанной поляризации, точками Кюри, величинами диэлектрической проницаемости и т.д. Размеры таких областей PbjScNbO^ составляют величину порядка 20 - 40 nm.
Количество сосуществующих областей в большинстве кристаллов Pb2ScNb06 и Pb2FeNb06 является нестабильным по отношению к внешним воздействиям: постоянными электрическими ПОЛЯМИ и температурой можно варьировать их число.
Научная новизна. В диссертационной работе впервые:
методами оптической микроскопии изучены процессы формирования доменной структуры монокристаллов PbaScNbOs в постоянных и переменных электрических полях и определен интервал существования сегнетофазы при фазовом переходе при различных значениях приложенных к образцу электрических полей;
обнаружено, что при комнатной температуре в Pb2ScNb06 и РЬгРеМЮб сосуществуют неоднородные сегнетоэлектрические области, которые отличаются по параметрам решетки вдоль кристаллографических направлений типа [100], [010], [-100], [0-10];
показано, что между структурными параметрами и электрофизическими свойствами, измеренными вдоль одинаковых кристаллографических осей, существует однозначная связь;
показано, что в Pb2ScNb06 и РЬгРеМЮе можно индуцировать
новую фазу;
экспериментально рентгендифрактометрическим и
электрофизическим методами обнаружено, что в свежевыращенных
кристаллах PbjScNbOs И PbjFeNbOs выше комнатной температуры
реализуются несколько фазовых переходов.
Практическая ценность. Проведенные исследования позволяют оптимизировать приготовление кристаллов с предсказуемыми свойствами, а также в рамках одного объекта направленно перестраивать его свойства.
Достоверность и обоснованность научных положений и выводов подтверждается их непротиворечивостью при применении разных методов исследований, а также хорошим согласованием с общими теоретическими представлениями.
Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы
были представлены и обсуждены на ISFP-Ш, Septemberll-14, 2000,
(Воронеж), на Международном симпозиуме Порядок, беспорядок и
свойства оксидов (ODPO- 2001) 27-29 сентября 2001г. (Сочи), на XVI
Всероссийской конференции по физике сегнетоэлектриков ВКС- XVI-
2002, 17-22 сентября 2002 г. (Тверь), на Международной конференции по
физике электронных материалов (ФИЭМ 02), 1-4 октября 2002г. (Калуга),
на Международном междисциплинарном симпозиуме Порядок,
беспорядок и свойства оксидов (ODPO-2002) 9-12 сентября 2002г.(Сочи), на Международном симпозиуме RCDJSF-7, June 24-28, 2002 (St.-Petersburg), на Международном симпозиуме Порядок, беспорядок и свойства оксидов (ODPO-2003) 8-11 сентября 2003г. (Сочи), на ХУМеждународном совещании по рентгенографии и кристаллохимии минералов 15-19 сентября 2003 г.(С.-Петербург).
Публикации. Всего по теме диссертации опубликовано 19 работ. Основное содержание диссертации изложено в 3 статьях и 16 тезисах докладов, список которых приведен в конце автореферата.
Личный вклад автора. Все основные результаты, кроме оптических спектров, получены лично автором. Выбор объектов, планирование и проведение экспериментальных исследований осуществлялось совместно с К.Г. Абдулвахидовым. Соавторами публикаций являются К.Г. Абдулвахидов, М.Ф. Куприянов, Т.П. Мясникова, В.А. Коган, Р.И. Спинко, Н.А. Коноз, М.А. Буракова, А.Н. Кочетов, Л.Е. Пустовая, А.А. Даниленко.
Тема диссертационной работы была предложена доц. кафедры физики кристаллов и структурного анализа физфака РГУ К.Г. Абдулвахидовым. Он же осуществлял руководство работой, участвовал в интерпретации результатов. Активное участие в обсуждении результатов принимали проф. М.Ф. Куприянов, проф. В.Г. Гавриляченко и доц. А.Ф. Семенчев.
Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав и заключения, изложенных на 182 страницах машинописного текста, включая 160 рисунков, 3 таблицы и список литературы из 111 наименований.
