Введение к работе
Актуальность темы. Несмотря на то, что к настоящему времени достигнут значительный уровень понимания физических процессов, происходящих в сегпотоэлектрических кристаллах при структурных фазовых переходах, применение таких кристаллов в технике крайне ограничено. Исследования сегнетоэлектрических кристаллов в подавляющем большинство случаев проводятся на недостаточно охарактеризованных в . структурном отношении объектах. Разные авторы, как правило, изучают кристаллы разного качества и используют разные методы. Между тем, физические свойства реальных кристаллов і т.е. кристаллов, содержащих дефекты, могут существенно варьироваться. Такая ситуация приводит в ряде случаев к значительным противоречиям и разным представлениям о механизмах изменений физических свойств кристаллов. В частности, более десяти лет обсуждаются особенности двух сегнетоэлектрических свипецсодержащих перов-. скитов - скэндониобзта свинца (ТЪБс0 5ЇЇЬ0 503) и индониобата свинца {1Ып0 5ИЬ0 503). В этих 'согнетоэлоктрикэх были обнаружены существенные изменения физических свойств в зависимости от условий получения и последующего термического отжига. Причем в PbSc0 5ЯЪ0 в03 высокотемпературный отжиг приведет к снижению температуры сегнетоэлоктрического фазового перехода на 20-30 Я, а в Fbln0 5Nb0 50э сегнетоэлектрическое состояние с размытым фазовым переходом в результате отжига может смениться на энтисегпетоэлектрическое со значительным возрастанием температуры перехода в пзраэлектрическую фазу (на 100-150 К). Такие резкие изменения свойств кристаллов FbSc„ Jibn J), и ГЬГп- гПЬп „О, многие авторы связывают лишь
0,50.53 О, Ь Р > J
с изменениями степеней дальнего порядка в размещении атомов Serin; и No я соответствующей подрегаетке горовскитовой структуры, по.лностью игнорируя аффекты реального строения данных кристаллов. Разрешение данной проблемы может быть найдено методами дифракционного структурного анализэ.
Вполне очевидно, что изучение структурных состояний реальных согнотоэлектрических кристаллов и установление
корреляций соответствующих структурных параметров с физическими свойствами представляет значительный интерес как для выяснения структурных механизмов формирования физических свойств, так и для подхода к решению более широкой проблемы -направленного изменения свойств сегнетоэлектрических кристаллов с перспективами их применения. Все это определяет актуальность темы диссертационной работы.
Цель и задачи работы. Главной целью работы являлось установление взаимосвязей между реальным строением и физическими свойствами сегнетоэлектрических кристаллов FbSc0 sm>0 ь03 и РЫп0 sNb0 503, выращенных в различных условиях и прошедших 'дополнительную обработку (отжиг, давление), и определение ведущих механизмов изменения их свойств. В задачи работы входило:
- создание специализированных устройств, позволяющих прово
дить прецизионные измерения структурных параметров малых
кристаллов в широком температурном интервале и в электри
ческих полях;
;- создание устройств для изучения оптических характеристик кристаллов при разных температурах и в электрическом поле;
- модернизация методик регистрации дифракционных картин
реальных кристаллов и использование компьютерной графики
. представления и обработки результатов структурных исследований;
- изучение структурных изменений в сегнетоэлектрических крис-
І тзллах PbSc0 ^Пз0 503 и Fbln0 sNb0 50э в . широких
окрестностях температурных фазовых переходов и в электрических полях;
- установление корреляций между оптическими, диэлектрическими
и структурными свойствами кристаллов разного качества, в
том числе и кристаллов, . прошедших разную обработку
(высокотемпературный отжиг, всестороннее сжатие).
Объекты и методы исследований. Объектами исследований в настоящей работе были кристаллы FbSc0 5ИЪ0 50$ и ТЫп0 5Nb0 fiO- разных партий, выращенных в НИИ Физики РТУ и
на кафедро физики кристаллов и структурного анализа физфака РГУ Р.И.Сгптко и В.Г.Смотраковым.
При вшюлнении диссертационной работы были использованы разные монокристальные метода рентгеновской дифракции (Лауэ, вращения, качания, разверток слоевых линий по Ваиссонбергу и дифрактометричоские). В частности, ведущим дифрактомотричос-ким методом был метод изучения сечений узлов обратной рототки (w,2Q). достоинства и преимупрства которого были показаны ранее Е.С.Цихоцким при изучении кристаллов 1ЪТ103 для получения прецизионной информации о стопопи их совергоопства. Такой мотод позволяет анализировать особенности блочных структур, механические и электрические двойники, микр'даформации и определять параметры кристаллических ропюток. Надежно измеренные интегральныо интенсивности дифракционных отражений могут быть использованы для уточнения параметров атомов. Данный мотод был примопон в работе и для изучения фазовых переходов в обюктах исследований.
Другими методами исследований в работе были диэлоктри-че'-кио и оптические. Диэлектрические параметры (е и igO) кристаллов измерялись в широком интервале температур и на разных частотах (в основном, на 1кГц и ШГц).
Оптические исследования проводились на поляризационном микроскопе, в том число при разных температурах и в электрических полях (постоянное, переменное).
На защиту выносятся елодующие научныо положения:
-
Наблюдаемый экспериментально широкий диапазон изменения физических свойств сегпотоэлоктричоских кристаллов IbSc0 ,ЯЪ0 Б03 и ГЬГп0 5Nb0 503 связан в первую очередь со степенью совершенства этих кристаллов. При этом эффекты дальнего порядка в размощпнии атомов Sc(In) иГО п окта-эдричоских позициях горовсктовой структуры но обнаруживаются в пределах чувствительности использованных прецизионных методов рентгеновской дифракции.
-
В кристаллах rbScQ ^1Ъ0 503 с нерегулярной блочной структурой и большими неоднородными микродефорчациями температуры фазовых переходов вьпго, чом в болоо совершенных крис-
- б -
таллях. Уволичонио іюоднородгшх кикродеформаций и более развитой блочности кристаллов TbSc0 Jib J), соответствует уменьшение температуры Кюри-Войсса и увеличение степеней размытия фазовых переходов. Эти эффекты объясняются влиянием неоднородных механических напряжений в несовершенных кристаллах.
3. Разной степени совершенства кристаллов ГЫп0 JR>0 г03
отвочащ- различные состояния: согнетоэлектрическоё с раз
мытым фазовым переходом и относительно низкой температурой
фазового перехода в кристаллах мопее совершенных и анти-
сопготоэлоктричоское с относительно высокой температурой
фазового перехода в более совершенных кристаллах. Эти
эффекты связаны с изменениями длин корреляционного взаимо-
лойстпия в зависимости от степени совершенства (дефектнос
ти) кристаллов ГЫп0 JW0 s03.
4. Віюрвью показано, что обработка исследуемых сегнетоэлок-
тричоских кристаллов всесторонним давлением изменяет их
диэлектрические свойства за счет изменения степени совер
шенства этих кристаллов.
Результаты, приведенные в научных положениях, выносимых на защиту, я в основных выводах и результатах работы, получены впервые, что определяет научдую новизну диссертации.
Научная и практическая ценность. Полученные в диссертационной работе результаты позволяют сделать вывод о решающей роли в широкой вариации свойств согпотоэлектрических кристаллов ГЬ5с0 sNb0 503 и FbInQ JfbQ 50' реального строения этих кристаллов, связанного с высокими концентрациями протяженных и точочпых дефектов. Вместо с тем, широко используемая в последние годы гипотеза о ведущей роли явлений порядка-беспорядка в размошрнии атомов Sc(In) и КЪ в наблюдаемых эффектах изменений свойств данных согпотоэлоктриков не нашла экспериментального подтверждения.
В работе впервые показано, что обработка реальных согне-тоэлектрических кристаллов всесторонним сжатием при комнатной температуре изменяет как параметры реальности структуры, так и другие физичоскио параметры этих кристаллов, что определяет
перспективу исследований таких воздействий на другие сегнето-элоктрики.
В процессе выполнения работы^ разработаны устройства, позволяющие проводить прецизионные исследования структуры монокристаллов при разных температурах и в электрических полях на базе стандартных монокристальных приставок к рентгеновским дифрактометрам. Усовершенствован метод топографии узлов обратных решеток кристаллов, позволяющий использовать компьютерное представление таких узлов в вида распределения интенсивности рассеяния при ш и 29 сканировании кристалла и счетчика излучения и проводить соответствующую обработку данных.
Результаты работы по изучению корреляций между структурными характеристиками реальных согпотоэлоктричоских кристаллов и их физических свойств могут быть использованы для предварительных оценок значений физических параметров па базе структурных исследований степени совершенства этих кристаллов.
Достоверность и обоснованность научных положений и выводов диссертации 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 12-й Всесоюзной конференции по физике сегнетоэлектриков (г.Ростов-на-Дону, 1989 г.), 7-й Европейской конференции по сегнетоэлектричеству (Франция, 1991 г.). Международной конференции "Прозрачная сегнетоэлектрическая керамика: производство, свойства и применение" (Латвия, Рига, 1991 г.), 2-й конференции по полярным диэлектрикам (Англия, Лондон, 1992 г.), 14-й Европейской конференции кристаллографов (Нидерланды, Твенте, 1992 г.), 5-й конференции по прикладной кристаллографии (Польша, 1992 г.), 8-й момідународной конференции по сегнетоэлектричеству (США, 1993 г.).
Публикации. Всего по теме диссертации- опубликовано 10 работ. Основное содержание диссертации изложенр в 3 статях и 7 тезисах докладов, список которых приведен в концэ автореферата.
Личный вклад автора. Все основные результаты получены лично автором. Автор непосредственно участвовал в планировании работ, выборе объектов и проведении экспериментальных исследований. Соавторами исследований являются М.Ф.Куприянов, Со Абубакар Сиди, Р.В.Колесова и студенты Е.Недельчина, Н.Григорьева. Объекты исследований выращены Р.И.Спинко и В.Г.Смотраковым. В разработке программ обработки данных на ЭВМ принимал участие студент В.Р.Акопжда-пов.
Тема диссертационной работы предложена проф. М.Ф.Куприяновым. Он осуществлял руководство работой, участвовал в обсуждении и интерпретации результатов.
Объем и структура работы, диссертация состоит из
введения, четырех глав и заключения, изложенных на
страницах машинописного текста, включая _ рисунка,
таблиц и список литературы из наименований.
