Введение к работе
Актуальность темы исследования
Актуальность темы исследования определяется интересом к исследуемым веществам со стороны фундаментальной науки, так и со стороны существующей перспективы их использования для решения прикладных задач.
Наибольший интерес вызывает то, что кристаллы, принадлежащие к семейству окислов со структурой перовскита (ОСП), проявляют многообразие уникальных свойств. Среди представителей этого семейства обнаружены интересные для разнообразных технических приложений сегнетоэлектрики, пьезоэлектрики, антиферро- и ферромагнетики. Этим определяется интерес к семейству перовскита со стороны прикладных наук. Ряд эффектов, обнаруженных в ОСП, является результатом коллективных взаимодействий атомов, и потому их природа не всегда понятна. Именно этим обусловлен интерес к ОСП со стороны фундаментальной науки.
Бинарные и трехкомпонентные диаграммы состояний представителей семейства ОСП характеризуются широкими областями взаимной растворимости в твёрдом состоянии. Структура твердых растворов (ТР) ОСП, также причисляется к структуре перовскита. В этом смысле химический состав ТР ОСП записывают в виде: (A1x1A2x2…Anxn)(B1y1B2y2…Bmym)O3-. Возможность синтеза стабильных в широком интервале внешних условий ТР ОСП открывает уникальные возможности создания материалов, проявляющих сочетание свойств, крайне редко встречающиеся в природе и интересных для решения прикладных задач. В настоящее время ОСП нашли широкое применение при акустических преобразователей, движителей адаптивной оптики, устройств оптоэлектроники, элементов волоконной оптики, керамические материалы на основе ТР ОСП являются основными материалами пьезотехники. Поэтому актуальность рассматриваемых в диссертации задач не может вызывать сомнений.
Объект исследования
Объектом исследований в данной работе являются ТР ОСП.
Цель работы
Цель данной работы – построение теории локальной структуры и обусловленных ею физических характеристик ТР ОСП. Для достижения этой цели необходимо решить следующие задачи: построение, апробация и применение последовательно уточняемых вероятностных моделей локальной структуры ТР и сложных соединений, в которых возможно неупорядоченное размещение химических элементов на узлах кристаллической решётки.
Научная новизна
В диссертационной работе была предложена и обсуждается новая вероятностная модель локальной структуры ТР ОСП. Все результаты работы получены на основе именно этой модели. Поэтому все результаты и выводы, приведенные в конце каждой главы следует признать новыми, полученными впервые.
Научная и практическая значимость
Предложенный метод построения моделей позволяет получать уточненные структуры кристаллов ТР и строить теорию физических свойств ТР ОСП с учетом флуктуации состава. Полученные результаты могут быть использованы для прогнозирования свойств ТР ОСП.
На защиту выносятся:
-
Метод построения последовательностей вероятностных моделей локальной структуры ТР и неупорядоченных соединений ОСП, в основе которого лежит представление об эффективной ЭЯ ОСП, усредненной по биномиальному распределению компонент ТР на узлах решетки "идеального" кубического перовскита. Последовательность моделей строится по принципу снижения порогового значения ожидаемой вероятности возникновения учитываемых конфигураций расположений атомов на узлах решетки, входящих в ЭЯ.
-
Структуры PbFe1/2Nb1/2O3 и PbIn1/2Nb1/2O3, уточненные методом построения последовательности вероятностных моделей локальной структуры.
-
Механизм взаимодействующих диполей, как движущая сила перестроек структуры, наблюдаемых в ТР: La1-xMex 2+MnO3, при изменении концентрации ионов двухвалентных металлов Me2+ – (Ca, Sr).
-
Применение метода построения последовательностей вероятностных моделей локальной структуры для предсказания зависимости температур магнитных фазовых переходов и степени магнитного порядка взаимных ТР магнитных и немагнитных ионов, локализованных на a(b)- подрешётке ОСП, от концентрации магнитных ионов.
-
Механизм флуктуации локального состава ТР ОСП, как движущая сила морфотропных фазовых переходов.
-
Обобщение предложенного метода определения локальной структуры ТР ОСП на кристаллы с гексагональной симметрией.
Апробация работы
Материалы и результаты работы были представлены и обсуждались на следующих симпозиумах и конференциях: "7th-Internationl Meeting "Phase Transitions in Solid Solutions and Alloys" (OMA-2004), Russia, 2004; "Всероссийская конференция по физике сегнетоэлектриков" (ВКС-17), Россия, 2005; "8th-International Meeting "Order, Disorder and Properties of Oxides" (ODPO-2005), Russia, 2005; "34-е Совещание по физике низких температур" (НТ-34), Россия, 2006; "10th-International Meeting "Order, disorder and properties of oxides" (ODPO-10), Russia, 2007;"10th-International Meeting "Ordering in Metals and Alloyes" (OMA-10), Russia,2007; "Международный междисциплинарный симпозиум "Среды со структурным и магнитным упорядочением" (Multiferroics-2007), Россия, 2007; "Международная конференция "Свойства веществ при высоких давлениях и температурах. Физика, геология, механика, химия" (PSHP &T-2011), Россия, 2011.
Достоверность результатов
Достоверность полученных результатов обусловлена строгостью приводящих к ним математических построений, использованием в качестве исходного материала достоверных экспериментальных данных, полученных при помощи надежных современных методов измерений, а также отсутствием противоречий с достоверно установленными фактами, опубликованными в научной литературе.
Личный вклад автора
В диссертации приводятся результаты в основном полученные лично автором. Цели и задачи исследования сформулированы научным руководителем доц. Р.В. Колесовой, а затем скорректированы проф. В.Г. Шавровым. Оба научных руководителя принимали участие в выборе объектов исследования. Автор также благодарен своим коллегам и соавторам: М.Ф. Куприянову, Е.Н. Климовой, В.В. Румянцевой, Ю.М. Гуфану, М.Б. Стрюкову, А.Ю. Гуфану и студентам Д.В. Стрюкову и К.Ю. Петрову принимавшим участие в обсуждении результатов. Результаты рентгенодифракционных исследований образцов, использованные в диссертации, были предоставлены Р.В. Колесовой.
Публикации
По теме диссертационного исследования опубликовано 23 работы, из них: 9 статей в журналах, из перечня периодических изданий, рекомендуемых ВАК для публикации научных работ, одна электронная монография в соавторстве, одна глава в монографии под коллективным авторством, 10 публикаций в трудах Российских и международных конференций, два учебных пособия (одно печатное, одно электронное).
Структура и объем диссертации
Общий объем диссертационной работы 128 страниц. Список литературы содержит 121 наименование.
Похожие диссертации на Вероятностные модели структуры в исследованиях физических свойств твердых растворов
