Введение к работе
Актуальность темы. Исследование диэлектрических свойств разупорядочениых твердых тел представляет значительный научный и практический интерес. Он обусловлен возможностью получения с помощью такого рода исследований богатой информации о строении и динамических свойствах разупорядочениых систем (11. изучение которых стало одной из центральных задач физики конденсированного состояния после того, как в 70-е годы основные диэлектрические свойства идеально упорядоченных кристаллов были успешно описаны на основе концепции дальнего порядка 12, 3|.
Значительное внимание исследователей привлекают в последнее десятилетие структурные стекла — вещества, обладающие как кристаллической структурой, так и существенной разупорядоченностью, что делает их как бы промежуточным звеном между идеальными кристаллами и настоящими аморфными стеклами. Как правило, такие соединения являются твердыми растворами двух веществ, обладающих близкой кристаллической структурой, но разными типами микроскопических взаимодействий [4). Близость структуры обеспечивает их существование в виде монокристаллов, а конкуренция разных взаимодействии препятствует фазовому переходу во вполне упорядоченное состояние. Одними из представителей такого рода соединений являются днпольные стекла — твердые растворы сешето-и антисегнетоэлектриков (5). Наиболее подробно изучавшимся, по сути дела, модельным объектом является смешанный дигидрофосфат рубидия-аммония Rb|.l(NH4>>H2P04 (RADP). Этот кристалл принадлежит к хорошо изученному в физике сегнетоэлектриков семейству дигидрофосфата калия КН:Р04 (KDP) и может быть выращен при любых относительных концентрациях х. Возможна также замена водорода на дейтерий и получение монокристалла Rbi.x(ND4)xD2P04 (DRADP).
При достаточно высоких температурах эти вещества находятся в пяраэлектри-
ческой фазе со свободно переориентирующимися дипольныными моментами. При
понижении температуры, однако, днпольные моменты не упорядочиваются тем
или иным образом, как в случае исходных, чистых кристаллов, а закрепляются,
или «замораживаются», в разупорядоченном состоянии, формируя фазу диполь
ного стекла. "
Монокристаллы RADP и DRADP подвергались в последние годы интенсивным исследованиям как статическими (измерения теплоемкости [61 и теплопроводно-
- і -
сти [7], рентгеноструктурные исследования 18)), так И динамическими (рассеяни. Мандельштама-Бриллюэна |9|, комбинационное рассеяние 110] и рассеяние нейтронов 111]) методами. "Особый интерес в этих исследованиях представляет динамика дипольных моментов, связанная с движением протонов или дейтеррнов. Как правило, все перечисленные выше динамические методы лают информацию в своем, зачастую лишь достаточно узком диапазоне частот. Единую картину динамического отклика позволяет составить комплексная диэлектрическая проницаемостью*. В литераторе имеются данные по диэлектрическим измерениям в аудио- и радиочастотном, а также микроволновом диапазонах (|12, 13|). В более высокочастотные субмиллиметровывй и дальний ИК диапазоны эти измерения продолжены не были. Между тем, известно, что динамика протонных и дейтеронных мягких мод в исходных сегнетоэлектрических кристаллах зарождается им.-нно в этих частотных диапазонах [14, 15).
Целью данной работы является определение природы диэлектрической релаксации в дипольных стеклах семейства KDP на основе собственных измерений диэлектрической проницаемости в субмиллиметровом и дальнем ИК диапазонах длин волн, сопоставления с низкочастотными диэлектрическими данными и анализа полученной таким образом единой панорамы диэлектрического отклика, перекрывающей около 10 порядков по частоте. В качестве объектов исследования были выбраны монокристаллы RADP и DRADP с относительной концентрацией х = 0.5.
Научная новизна работы. Впервые в субмиллиметровом (5-18 см" ) и дальнем ИК <30 - 700 см" ) диапазонах частот выполнено исследование комплексной диэлектрической проницаемости дипольных стекол — смешанных монокристаллов дигидрофосфата рубидия-аммония и его дейтерированного аналога при температурах 5-300 К.
В результате соединения полученных результатов с литературными данными других авторов для низкочастотной области спектра был выполнен анализ совокупного температурно-частотного поведения спектров действительной и мнимой
частей диэлектрической проницаемости е',е" в широком диапазоне частот от 10'
13 до 10 Гц при температурах 5 - 300 К. Было показано, что низкочастотная мод*
структурной релаксации ведет свое происхождение из высокочастотной параэлек-
трической мягкой моды.
Сопоставление измеренных в процессе перехода из параэлектрической фазы і
состояние дипольного стекла температурно-частотных зависимостей с' и с' сме-
шинных кристаллов RADP и DRADP с соответствующими величинами е', є" чистых дигилрофосфатов рубидия (упорядочивающегося в сегнетоэлектричсскую фазу) и аммония (упорядочивающегося в антисегнстоэлектрическую фазу) позволило сделать вывод о том, что смешанные кристаллы RADP и DRADP находятся в состоянии сильно размытого фазового перехода, простирающегося по температуре более чс'м на 100 градусов anfl.RADP и на 150 градусов для DRADP и не завершающегося даже при температуре жидкого гелия.
Практическая,ценность. Примененный в диссертации подход, состоящий в изучении широкой частотной гипюрами диэлектрических спектров и рассматривающий единым образом высокочастотную сегнетоэлектрическую динамику протонов и лейтеронов и низкочастотный релаксационный отклик системы в состоянии дипольного стекла, может послужить основой для дальнейшего развития теоретических представлений о природе разупорядоченного состояния в диэлектриках, а примененная методика обработки экспериментальных результатов, в частности, способы стыковки данных субмиллиметрового и ИК диапазонов, может быть ус-пеїшіо использована для изучения других типов ра-зупорядоченных диэлектриков и полупроводников.
Апробация работы.Материалы, включенные в диссертацию, докладывались на I Советско-польском симпозиуме по физике сегнетоэлектриков и родственных ма-териало (Львов, 1940), I Советско-китайско-японском семинаре по молекулярно-кинетическому аспекту физики и химии стекла (Владивосток, 1990), Семинаре по протонным стеклам (Дубна, 1991), V Всесоюзной школе-семинаре по физике сег-нетоэластиков (Ужгород, 1991), VII Европейской конференции по сегнетоэлект-ричеству (Дижон, 1991), II Российско-американском семинаре по физике сегнетоэлектриков (С.-Петербург, 1992), XIII Конференции по физике сегнетоэлектриков (Тверь, 1992), на семинарах в ИОФ РАН.
Публикации, Основные положения и результаты диссертации опубликованы в восьми печатных работах, список которых приведен в конце диссертации.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав и заключения, а также списка основных цитируемых литературных источников. Работа содержит 105 страниц текста, включая 65 рисунков, 4 таблицы и 158 наименований цитируемой литературы.
- .-.3.-
