Введение к работе
Актуалъпость темы. В настоящее время пристальное внимание
привлекают к себе релаксорные сегаетоэлектрики (РСЭ) в силу
перспективности их применения в современном приборостроении в качестве
малогабаритных многослойных конденсаторов, пьезоэлементов,
электроакустических преобразователей, фильтров, нелинейных ёмкостных элементов, позисторов, оптических устройств для записи, хранения и обработки информации. Однако вопрос о природе релаксоров до сих пор остается открытым. Кроме того, до конца не ясны процессы, происходящие при размытых фазовых переходах (РФП), влияние дефектов на эти процессы, а также влияние степени упорядочения на характер ФП в этих веществах.
Разупорядочение структуры релаксоров существенно влияет на их физические свойства. Учитывая, что в подобных материалах времена релаксации поляризации могут достигать очень больших величин (т ~ 10! с), применение низко- (НЧ) и инфранизкочастотной (ИНЧ) диэлектрической спектроскопии является актуальным при изучении таких объектов. Примером материалов с развитой дефектной структурой являются монокристаллы семейства SBN. Широкие возможности для фундаментальных исследований и практических, применений монокристаллов SBN обуслоатены сильным влиянием примесей на их физические свойства. Поэтому оптимизация свойств SBN путем подбора легирующих примесей является важной задачей.
Тематика диссертации соответствует «Перечню приоритетных направлений фундаментальных исследований», утвержденных Президиумом РАН, а работа является частью комплексных исследований по изучению физических свойств электрически активных материалов, проводимых на кафедре физики Волгоградского архитектурно-строительного университета.
Целью работ).! являлось установление закономерностей влияния примеси хрома малой концентрации (< 0.01 вес.%) на низко- и инфранизкочастотные диэлектрические, поляризационные и ультразвуковые акустические свойства монокристаллов ниобата бария-стронция Sro6iBa0.39Nb206 (SBN) в широком интервале температур (от -190 С до +120 С).
В соответствии с поставленной целью решались следующие основные задачи:
Экспериментальные исследования влияния малой концентрации примеси хрома на диэлектрический отклик и упругие свойства номинально чистых монокристаллов SBN.
Изучение влияния примеси хрома на особенности фазового перехода в монокристаллах ниобата бария-стронция.
Исследование поляризационных характеристик нелегированных и легированных хромом монокристаллов SBN при воздействии электрического поля различной амплитуды и частоты.
Объекты исследований. В качестве объектов исследований выбраны сегнетоэлектрические твердые растворы монокристаллов ниобата бария-
стронция SBN-61 (общей формулой Sro.6iBao.39Nb206) с различным содержанием примеси хрома (0, 0.005, 0.01 вес.%), выращенные модифицированным методом Степанова в Институте общей физики им. A.M. Прохорова РАН. Данные монокристаллические материалы представляют собой прозрачные кристаллы, имеющие важное практическое применение, например, в качестве голографических сред для оптической памяти и обработки оптической информации, а также для преобразования частот оптического излучения на доменной структуре. По ряду физических свойств эти материалы относятся к сегаетоэяектрикам с сильно размытым фазовым переходом, вследствие чего они представляют большой интерес, как с точки зрения фундаментальных исследований, так и в связи с перспективностью применения их в технике.
Научная новизна.
Показано, что введение в малых концентрациях примеси хрома в монокристаллы SBN приводит к увеличению степени размытия сегнетоэлектрического фазового перехода и смещению его в область низких температур.
Обнаружены максимумы на температурных зависимостях коэффициента затухания акустических колебаний в монокристаллах SBN в области сегнетоэлектрического фазового перехода, преимущественно обусловленные рассеянием энергии упругих колебаний вследствие их взаимодействия с доменными границами.
Установлено увеличение диэлектрических потерь в монокристаллах SBN в некотором интервале температур, лежащем ниже Т ~ -150 С, сопровождающееся возрастанием диссипации упругой энергии.
Показано, что энергия, затрачиваемая на переполяризацию монокристаллов SBN, является степенной функцией электрического поля с показателем степени, возрастающим с увеличением концентрации примеси Сг.
Практическая значимость. Результаты и установленные закономерности изменения диэлектрических и акустических параметров монокристаллов семейства SBN с примесью хрома позволяют значительно пополнить имеющуюся информацию о процессах диэлектрической релаксации в материалах, обладающих РФП, что будет полезно для исследователей, занимающихся изучением свойств материалов со структурой тетрагональной калий-вольфрамовой бронзы и релаксорных сегнетоэлектриков в целом. Также результаты работы могут быть использованы разработчиками устройств на основе сегнетоэлектриков с заданными параметрами, например систем голографической записи информации и электрооптических модуляторов.
Основные положения, выносимые на защиту:
Примесь Сг оказывает существенное влияние на диэлектрические и упругие свойства монокристаллов SBN уже при концентрациях 0.005 вес.%.
Температура, соответствующая исчезновению остаточной поляризации монокристаллов SBN, понижается с увеличением содержания в них атомов Сг.
Установлено увеличение диэлектрических потерь в номинально чистых и легированных хромом монокристаллах Sro.6iBao.39Nb206 в некотором интервале
температур, лежащем ниже Т ~ -150 С, сопровождается возрастанием диссипации упругой энергии,
4. Возникновение максимума диэлектрической проницаемости при температурах существенно ниже области Кюри обусловлено спецификой необратимою движения доменных границ в условиях действия измерительного поля частотой 0.1-10 Гц и амплитудой 0.56 - 5.56 кВ/см.
Апробация работы. Основные результаты, изложенные в диссертационной работе, докладывались на: XI Региональной конференции молодых исследователей Волгоградской области (ВолГУ, Волгоград, 2006); III Международной конференции "Кристаллофизика XXI века" (МИСиС, Черноголовка, 2006); Международной научно-технической конференции «Фундаментальные проблемы радиоэлектронного приборостроения» (МИРЭА, Москва, 2006); Международной конференции "Функциональные материалы и нанотехнологии FMNT'2007" (Рига, Латвия, 2007); 13-й Всероссийской Конференции Студентов Физиков и Молодых Ученых ВНКСФ-13 (ЮФУ, Ростов-на-Дону - Таганрог, 2007); Международной конференции «Фазовые переходы, критические и нелинейные явления в конденсированных средах» (институт физики ДагНЦ РАН, Махачкала, 2007); 14-й Всероссийской Конференции Студентов Физиков и Молодых Ученых ВНКСФ-14 (БашГУ, Уфа, 2008); XI международной конференции "Физика диэлектриков" (Диэлектрики - 2003) (институт им. Герцена, Санкт-Петербург, 2008); XVIII Всероссийской конференции по физике сегаетоэяектрнков ВКС - 18 (ЛЭТИ, Санкт-Петербург, 200S); V Международной научно-технической школе-конференции «Молодые ученые - 2008» (МИРЭА, Москва, 2008); Ежегодных научно-технических конференциях ВолгГАСУ (2006,2007,2008).
Публикации
По теме диссертации опубликовано 15 научных работ, в том числе 2 - в изданиях, рекомендованных ВАК РФ. В работах, опубликованных в соавторстве и приведенных в конце автореферата [1-5,8,9,11,13-151, лично соискателю принадлежат: подготовка образцов для эксперимента, получение и анализ экспериментальных данных, обсуждение полученных результатов и подготовка работ к печати. Постановка задачи, анализ и обобщение данных, формулировка выводов по работе осуществлены совместно с научным руководителем д.ф.-м.н., доц. А.И. Бурхановым. Соавтором публикаций д.т.н., с.н.с. Ивлевой Л.И были получены образцы исследуемых монокристаллов.
Структура и объем работы
Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка цитируемой литературы из 137 наименований и пяти приложений. Основная . часть работы изложена на 127 страницах, содержит 51 рисунок и б таблиц.
