Особливості кореляційних, релаксаційних та нелінійних ефектів у невпорядкованих сегнетоелектричних матеріалах

Размещено на http://www.allbest.ru/

НАЦІОНАЛЬНА АКАДЕМІЯ НАУК УКРАЇНИ

ІНСТИТУТ ПРОБЛЕМ МАТЕРІАЛОЗНАВСТВА ІМ. І.М. ФРАНЦЕВИЧА

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата фізико-математичних наук

ОСОБЛИВОСТІ КОРЕЛЯЦІЙНИХ, РЕЛАКСАЦІЙНИХ ТА НЕЛІНІЙНИХ ЕФЕКТІВ У НЕВПОРЯДКОВАНИХ СЕГНЕТОЕЛЕКТРИЧНИХ МАТЕРІАЛАХ

Спеціальність: Фізика твердого тіла

Кириченко Олена Вікторівна

КИЇВ, 2004 РІК

1. ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Дисертацію присвячено теоретичному дослідженню впливу кооперативної поведінки ансамблю дефектів на фізичні властивості так званих релаксорних сегнетоелектриків - речовин, що належать до невпорядкованих сегнетоелектриків (сегнетоелектриків) зі структурою перовскіта що описуються хімічною формулою A1-x A'xB1-yB'yO3 або до органічних полімерних релаксорних сегнетоелектриків типу полівініліденy фторидy (polyvinylidene fluoride, PVDF) та полі (вініліденy фторидy / трифтороетилену) (poly (vinylidene fluoride / trifluoroethylene,P(VDF/TrFE)). Зокрема, побудовано теорію випадкового поля, яка виходячи з мікроскопічного гамільтоніану взаємодії між дефектами та домішками у вказаних вище речовинах дозволяє на самоузгоджене виведення рівнянь для параметрів порядку системи - параметру далекого сегнетоелектричного порядку та стекольного параметру порядку.

Вказані рівняння дозволяють обчислити рівноважні та нерівноважні фізичні характеристики релаксорних сегнетоелектриків. Розвинута теорія застосована до обчислення температурної та концентраційної залежності радіуса кореляції флуктуацій поляризації релаксорних сегнетоелектриків. Обчислено також функцію розподілу часів діелектричної релаксації вказаних вище речовин, результати обчислень порівняно з відповідними експериментами. Розвинені теорії якісно, а в ряді випадків кількісно описують експериментальні дані, передбачають ряд нових явищ та пропонують експерименти, де ці явища могли б проявитися.

Актуальність теми.

На протязі вже майже чверті сторіччя, невпорядковані сегнетоелектрики інтенсивно вивчаються як в нашій країні так і за кордоном. Являючи собою діелектричну матрицю, в якій частина первинних іонів заміщена різного типу домішками (наприклад точковими зарядами, пружними диполями, утвореними іонами з іншим іонним радіусом), невпорядковані діелектрики становлять унікальний об'єкт наукових досліджень, який поєднує в собі риси сегнетоелектриків, дипольних стекол (електричний аналог так званих спінових стекол) та невпорядкованих систем.

З іншого боку, вказані вище релаксорні сегнетоелектрики широко застосовуються в таких пристроях електронної техніки, як п'єзотрансформатори, п'єзофільтри а останнім часом і в пристроях пам'яті ЕОМ (так званий FERAM). Вищезгадані факти пояснюють необхідність вивчення фізичних властивостей невпорядкованих сегнетоелектриків і релаксорних сегнетоелектриків як їх різновиду.

Головною проблемою фізики невпорядкованих сегнетоелектриків є пояснення різноманітних фазових перетворень в них. Ця проблема є однією з проблем фізики твердого тіла, які вивчаються найбільш інтенсивно. Це обумовлено як значною кількістю різноманітних фаз у вказаних системах (це, зокрема, сегнетоелектрична та сегнетоеластична фази, фази дипольного скла а також мішані фази) так і незвичайними їх фізичними властивостями (наприклад довгочасова релаксація параметрів порядку в стекольних та мішаних фазах, „розмиття” фазового переходу тощо). Різні типи невпорядкованих сегнетоелектрикиків мають різні типи фазових переходів. Так, у віртуальних сегнетоелектриках типу KTaO3:Li,Nb,Na, де нецентральні іони Li+, Nа+ або Nb5+ утворюють домішкові диполі, сегнетоелектрична фаза або фаза дипольного скла реалізується якщо концентрація домішок n>ncr або n<ncr, де ncr - деяка їх критична концентрація. У релаксорних сегнетоелектриках типу PbMg (PMN), PbSc12, PbSc12N та Pb1 (PLZT) джерелом невпорядкованості є безпорядок заміщення між іонами В- та А-підгратки структури перовскіту АВО3.

Зокрема, у PMN це безпорядок розташування Mg та Nb, так що ідеальна зарядово скомпенсована 1:2 структура займає лише 1-2% їх об'єму, решта досягає зарядової компенсації через присутність вакансій Pb, а також кисню. Полімерні релаксори мають багато спільних рис з неорганічними релаксорами, згаданими вище. Вони можуть розглядатися як невпорядковані сегнетоелектрики у мішаній сегнето - стекольній фазі зі співіснуванням полярних областей з далеким та близьким порядком. При цьому області близького порядку це аморфні шари у вказаних речовинах, а області далекого порядку - то кристалічна фаза, утворена певною полімерною конформацією. Другим чинником безпорядку є присутність багатьох типів дефектів, наведених опроміненням. Це призводить до того, що вказані речовини перебувають у так званому релаксорному стані, що має багато спільного зі станом дипольного скла.

Джерелом вказаних та багатьох інших відмінностей вказаних речовин від звичайних сегнетоелектриків (таких як BaTiO3) та діелектриків (таких як KCl) є присутність випадкового ансамблю домішок та/або дефектів, які взаємодіють між собою та з граткою кристала-матриці. Все це означає, що адекватна теорія невпорядкованих сегнетоелектриків повинна враховувати власності вказаного ансамблю домішок та дефектів.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Виконана робота є складовою частиною наукової діяльності за темами відомчих замовлень НАНУ 1.6.2.47, реєстраційний номер 0193U028749 "Дослідження фізичних властивостей та дефектної структури сегнето-, п'єзо- електричних та споріднених їм сполук з метою розробки нових перспективних матеріалів для електронної техніки", та 1.6.2.10-00, реєстраційний номер 0100U003202 "Розробка наукових принципів створення нових, у тому числі нанофазних, матеріалів з підвищеними значеннями електрофізичних параметрів", а також за темою 6.99.14 Держзамовлення за угодою з Міністерством освіти та науки України "Створення нових п'єзокерамічних матеріалів для ультразвукових перетворювачів" реєстраційний номер 0199U002939.

Мета та задачі роботи.

Метою даної роботи є теоретичне дослідження фізичних властивостей невпорядкованих сегнетоелектричних матеріалів різних типів.

У відповідності з поставленою метою в роботі вирішуються такі основні задачі:

- теоретичне дослідження температурної та концентраційної залежності радіуса кореляції флуктуацій параметрів порядку в сегнетоелектричній та мішаній фазах релаксорних сегнетоелектриків;

- розрахунок характеристик діелектричної релаксації вищезгаданих речовин, співставлення результатів розрахунку з експериментом та відомими емпіричними законами релаксації (такими як Davidson-Cole, Kohlrausch-Williams-Watts і т. ін.);

- теоретичне дослідження виникнення релаксорної поведінки у полімерних сегнетоелектриків типу полівініліденy фторидy (PVDF) та полі (вініліденy фторидy) під впливом опромінення швидкими електронами;

- розрахунок температурної та концентраційної залежності нелінійної (зе сталим зовнішнім електричним полем) діелектричної сприйнятливості та доменної структури віртуальних сегнетоелектриків з дипольними домішками, зокрема у KTaO3:Nb, порівняння результатів розрахунку з експериментом.

Наукова новизна роботи визначається наступними новими результатами:

- вперше обчислена залежність радіусу кореляції флуктуацій поляризації релаксорних сегнетоелектриків від температури та ступеня невпорядкованості;

- показано, що ці залежності суттєво відрізняються від таких у впорядкованих сегнетоелектриках;

- вперше, виходячи з мікроскопічної моделі випадкових взаємодій у ансамблі дефектів, обчислена функція розподілу часів діелектричної релаксації у релаксорних сегнетоелектриках, що дозволяє знайти фізичне пояснення емпіричним законам релаксації у цих речовинах;

- вперше запропоновано пояснення природи особливостей діелектричної релаксації у релаксорних сегнетоелектриках як результат дії випадкових електричних та пружних полів ансамблю домішок та дефектів, розташованих у кристалі-матриці;

- вперше розроблено теорію виникнення релаксорної поведінки полімерних сегнетоелектриків типу PVDF та P(VDF/TrFE), індукованої їх опроміненням швидкими електронами.

Наукова та практична значимість роботи полягає в наступному:

1. У роботі розраховані температурні залежності радіусу кореляції релаксорних сегнетоелектриків, що є важливим для використання цих матеріалів для створення пристроїв ультразвукової та СВЧ техніки;

2. Дослідження впливу електричних полів та домішок літію або ніобію на діелектричну сприйнятливість та доменну структуру віртуального сегнетоелектрика КТаО3, що індукують сегнетоелектричне впорядкування при кріогенних температурах та концентраціях більших за критичні, створює основу для використання цих матеріалів у новітній космічній техніці, де звичайні сегнетоматеріали втрачають свої корисні властивості;

3. Розрахунки функції розподілу часів релаксації у невпорядкованих сегнетоелектриках, що дозволили встановити механізми аномальної поведінки динамічної діелектричної сприйнятливості цих матеріалів, відкривають шляхи створення нових п'єзоматеріалів для п'єзотрансформаторів, сенсорів, позиціонерів та інших пристроїв електронної техніки;

4. Дослідження механізмів виникнення релаксорного стану у органічних матеріалах на основі PVDF можуть бути використані при створенні нових п'єзо- та піроелектричних матеріалів для використання у новітніх приладах медичної діагностики.

Особистий внесок здобувачки. Постановка задач і обговорення результатів досліджень були проведені разом з науковим керівником дисертації Глинчук М.Д.. Аналітичні обчислення проводились у співпраці з В.О. Стефановичем. Частина аналітичних розрахунків проводилася здобувачкою самостійно. Інтерпретація результатів аналітичних розрахунків та планування того, що треба розрахувати чисельно, відбувалася спільно з науковим керівником. Зокрема:

1) у статтях і аналітичні та чисельні розрахунки температурних залежностей радіусу кореляції з урахуванням ефектів затухання м'якої моди релаксорних сегнетоелектриків проведені здобувачкою, а розрахунки без урахування ефектів затухання проведені к. ф. - м. н. Є.А. Єлісеєвим;

2) у статті здобувачкою знайдено шляхи вирішення проблеми розподілу часів релаксації у невпорядкованих сегнетоелектриках та проведені розрахунки;

3) у статтях, здобувачці належать розрахунки та фізична інтерпретація особливостей доменної структури та нелінійних ефектів у невпорядкованих сегнетоелектриках;

4) у статті здобувачкою проведено чисельні розрахунки на ЕОМ діелектричної сприйнятливості по розробленим нею програмам та виконано аналіз отриманих результатів. В усіх роботах порівняння теорії з експериментом проведено виключно здобувачкою. Експериментальні результати у роботах належать: Б. Хільчер,, Л. Ястрабіку, А. Соболевській, М. Магліону. Частина чисельних розрахунків була виконана здобувачкою в обчислювальному центрі Опольського університету (Польща).

Достовірність результатів отриманих в дисертації забезпечуються використанням апробованих методів теоретичних розрахунків в фізиці твердого тіла, багатократною перевіркою розрахунків різними засобами, аргументованістю наукових положень і висновків і підтверджуються порівнянням з даними експериментів.

Апробація роботи. Основні результати дисертації доповідались на семінарі відділу Функціональних оксидних матеріалів Інституту Проблем Матеріалознавства Академії Наук України, на семінарі Laboratoire de Physique de la Matiиre Condensйe, Universitй de Picardie Jules Verne, Ам'єн, Франція, були представлені на конференціях III Asian Metting on Ferroelectricity, Hong Kong, China, 2000, XXVI International School on Ferroelectric Physics, Wojtowice, Poland, 2001, X International Meeting of Ferroelectricity, Madrid, Spain, 2001, International Symposium on Ferroix Domains and Mesoscopic Structures, Giens, France, 2002, Ferroelectric Thin-Films 2002, Dinnard, France, 2002.

Публікації.

Основні результати дисертації опубліковані в 5 роботах у фахових закордонних наукових журналах та у тезах міжнародної конференції.

Структура та об'єм дисертації.

Дисертація складається з вступу, п'яти розділів, основних результатів та висновків, переліку використаної літератури. Робота викладена на 184 сторінках машинописного тексту, містить у собі 45 малюнків. Перелік літератури складається з 133 найменувань робіт вітчизняних та закордонних авторів.

2. ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі до дисертації обґрунтована актуальність вибраного напрямку досліджень, сформульовані мета та задачі, наукова новизна роботи, основні положення, які виносяться на захист, наукова та практична цінність одержаних результатів.

У першому розділі, який має оглядовий характер, розглядаються головні фізичні властивості релаксорних сегнетоелектриків.

Одна з найбільш цікавих груп невпорядкованих речовин, які перетерплюють структурні фазові переходи, це так звані релаксорні фероелектрики, що мають типові для сегнетоелектриків фізичні властивості, але з розмитим фазовим переходом. Релаксорні сегнетоелектрики утворюють велику групу невпорядкованих кристалів зі структурою перовскіта. Основна риса релаксорних сегнетоелектриків відноситься до повністю чи частково випадкової заселеності еквівалентних катіонних позицій різними (неізовалентними) іонами. Ця хімічна невпорядкованість створює випадкові поля, приводить до руйнування нормального сегнетоелектричного фазового переходу та появи нових фізичних властивостей подібних до таких у неупорядкованих магнетиках типу спінових стекол. Діелектричними системами, аналогічними за фізичними властивостями до спінових стекол є так звані дипольні стекла. Характерними представниками останніх є KCL:Li,OH- та KTaO3:Li,Nb,Na при кількості Li, Nb, Na менше 1%. В даний час відомі вже сотні релаксорних сегнетоелектриків і більшість з них мають просту кубічну структуру перовскіта. Фазова діаграма невпорядкованих сегнетоелектриків є більш складною ніж як у звичайних сегнетоелектриках, так і дипольних стеклах. У загальному випадку ця діаграма вміщує сегнетоелектричну фазу з далеким порядком, фазу дипольного скла, а також мішану фазу, що поєднує в собі риси двох попередніх фаз. На мал.1 показана схематична фазова діаграма невпорядкованих сегнетоелектриків. По осі абсцисс відкладено відношення середнього значення випадкового електричного поля по ансамблю дефектів до його дисперсії. Видно, що при низьких температурах та малій ступені неупорядкованості (тобто великому середньому полі і малій його дисперсії) реалізується сегнетоелектрична фаза (на малюнку F), при більшій неупорядкованості реалізується мішана фаза (на малюнку FG) і при найбільшій - фаза дипольного скла (на малюнку DG). При високих (у порівнянні з дисперсією) температурах завжди реалізується параелектрична фаза. Дуже часто модельним сегнетоелектричним релаксором вважають магноніобат свинцю PbMg. Ця речовина широко вивчалася і було встановлено, що PMN має стекольний фазовий перехід до неергодичної фази при температурі К. Вказаний фазовий перехід був виявлений по наявності ефектів пам'яті діелектричної релаксації, а також по розбіжності нелінійної діелектричної проникливості. Цей фазовий перехід супроводжується появою широкого частотно залежного піку в температурній залежності діелектричної проникливості. На разі не існує загальноприйнятого визначення релаксора. Під релаксорними сегнетоелектриками (релаксорами) ми розуміємо клас речовин, що належать до невпорядкованих сегнетоелектриків зі структурою перовскіта що описуються хімічною формулою:

Типовими представниками цих речовин є:

В усіх релаксорних сегнетоелектриках джерелом невпорядкованості є нестехіометрія катіонів у структурі перовскіта. Релаксори типу PMN належать до так званої групи 1:2 (тобто один іон Mg і два іона Nb в елементарній комірці), а релаксори типів PST і PSN - до групи 1:1 (один іон Sc і один іон Ta). Характерними рисами усіх релаксорів є:

а) неергодична поведінка динамічних фізичних характеристик, температурна залежність часу діелектричної релаксації підпорядковується закону Фогеля-Фулчера, а не Арреніуса, що є характерним для упорядкованих сегнетоелектриків;

б) температури максимумів різних статичних характеристик релаксорів, таких як діелектрична проникливість, теплоємність, п'єзомодуль тощо, розподілені в області 50-100К поблизу температури максимуму діелектричної проникливості Tm тоді як для упорядкованих сегнетоелектриків усі згадані максимуми співпадають з температурою Tm. З цього міркування Смоленський назвав ці матеріали як сегнетоелектрики із розмитим фазовим переходом. В останні 10 років за цими матеріалами укорінилася назва „релаксори” через їх незвичайні динамічні властивості;

в) відхилення частотної залежності динамічної діелектричної сприйнятливості від закону Дебая, що характеризує поведінку нормальних сегнетоелектриків.

У другому розділі дисертації вивчається залежність радіуса кореляції поляризації у релаксорах від температури та ступеня невпорядкованості. В звичайних упорядкованих сегнетоелектриках радіус кореляції залежить від температури та різко зростає при наближенні до температури фазового переходу Тс. В невпорядкованих сегнетоелектриках (і зокрема у релаксорах) радіус кореляції є чинником взаємодії дефектів. Якщо відстань між двома дефектами менше або рівна радіусу кореляції, вони „відчувають” один одного, що призводить до їх внеску в макроскопічні фізичні властивості релаксорів. Більше того, як показано експериментально, радіус кореляції визначає розмір полярних кластерів близького порядку (полярних нанокластерів, див. вище) у невпорядкованих сегнетоелектриках. Відгук таких кластерів, як показано, є „відповідальним” за багато ефектів у релаксорах, зокрема, за особливості їх динаміки в фазах дипольного скла та в мішаній сегнето-стекольній фазі. Для розрахунку Rc була застосована згадана вище теорія випадкових полів. Докладніше, вираз для Rc має вид:

Де:

rc(E) - радіус кореляції кристала-матриці, залежний від випадкового поля E ансамблю дефектів;

f (E, L) - функція розподілу випадкових полів, яка у самоузгоджений спосіб залежить ще від параметра далекого порядку (безрозмірної поляризації) L.

Ця функція у загальному випадку має складну негаусівську форму. Для обчислення r застосовувався той факт, що кристал-матриця (фаза Бернса) є звичайним упорядкованим сегнетоелектриком (що може описуватися в наближенні середнього поля, коли функція f перетворюється на дельта-функцію), де rє коефіцієнтом при k2 у законі дисперсії м'якої фононної моди. Рівняння руху тієї моди в довгохвильовому наближенні має вид:

Де:

m та y є відповідно масовим коефіцієнтом та коефіцієнтом загасання м'якої моди;

q - параметр порядку (поляризація) фази Бернса;

E0 - середнє поле;

F - вільна енергія фази Бернса, записана в рамах звичайної (тобто „упорядкованої”) моделі Ізінга у зовнішньому електричному полі E, котре в нашому випадку є випадковим полем підсистеми дефектів. Іншими словами, радіус кореляції релаксора в нашій моделі представляється як радіус кореляції фази Бернса, „зіпсований” домішками та дефектами.

Рівняння (2) - нелінійне диференціальне рівняння, що має багату картину розв'язків, наприклад нелінійні хвилі поляризації:

Втім, для розрахунку закону дисперсії шуканої м'якої моди ми повинні лінеаризувати (2) поблизу рівноважної (тобто незалежної від координат і часу) поляризації 0(E),і шукати його розв'язки, як звичайно, у вигляді суперпозиції плоских хвиль. Підстановка такого розв'язку у лінеаризоване рівняння (2) дає шуканий закон дисперсії, з котрого можна вивести залежність rc(E). Ця залежність має вид:

Подальший чисельний розрахунок Rc по формулі (1) показав, що залежність Rc(T) у релаксорах сильно залежить від коефіцієнта загасання м'якої моди, поблизу температури сегнетоелектричного фазового переходу фази Бернса Rc(T) не має розриву, а лише насичується.

На мал. 2 показане співставлення обчислених значень оберненого безрозмірного радіуса кореляції в PMN (суцільна лінія) з експериментом (точки). Криві 1-4 відповідають:

Видно кількісний збіг з експериментом для ?1 = 1,5. Цей збіг свідчить на користь того, що загасання м'якої фононної моди, обумовлене невпорядкованістю в релаксорах, має визначний вплив на радіус кореляції або на розмір нанокластерів в них.

У третьому розділі дисертації розглядаються особливості діелектричної релаксації у релаксорах. Характерною рисою релаксорів є недебаївська частотна та температурна залежність динамічної діелектричної проникливості (T):

Як і невпорядковані магнетики, сегнетоелектричні релаксори характеризуються широким розподілом часів діелектричної релаксації, на відміну від упорядкованих речовин, де має місце єдиний час релаксації та дебаївський відгук на зовнішнє змінне в часі електричне поле. Існуючі формули до розрахунку динамічного діелектричного відгуку релаксорів носили емпіричний характер (тобто були просто апроксимацією експериментальних даних певною аналітичною залежністю) і були засновані на знаних емпіричних виразах (таких як Davidson-Cole (DC), Kohlraucsh-Williams-Watts (KWW), Havriliak-Negami (HN)) для (T). Тому дуже бажаним був розрахунок функції розподілу часів релаксації, виходячи з певних фізичних механізмів такої релаксації.

Такий розрахунок був проведений на підставі функції розподілу випадкових електричних полів з урахуванням вкладів в них дефектів різних типів (точкових зарядів та пружних диполів), присутніх в релаксорних сегнетоелектриках. Для розрахунку F потрібний зв'язок між часом релаксації диполя та випадковим полем E. Для отримання такого зв'язку була розглянута модель одного домішкового диполя, що рухається (перевертається) у двоямному потенціалі, утвореному локальним оточенням згаданого диполя у гратці кристала-матриці.

Перевороти диполя відбуваються завдяки дії випадкового поля E, створеного рештою домішок (не обов'язково дипольного походження) в місці знаходження даного диполя. Відзначимо тут, що вказаний формалізм допускає розгляд будь-якого числа орієнтацій диполя. Проте, в цьому випадку аналітичне розв'язання рівнянь, що виникли, стане неможливим. Рівняння згаданого вище зв'язку для двоямного потенціалу було отримане шляхом розв'язання рівняння Ланжевена та відповідного йому рівняння Фокера-Планка для ймовірності того, що домішковий диполь має координату x в момент часу t. Залежність (E) визначається як обернена ймовірність переходу частинки (диполя) між ямами у потенціалі U(x) і для прямокутної форми ям двоямного потенціалу має вид:

Де:

U - висота бар'єра.

Четвертий розділ дисертації присвячено побудові теорії динамічного діелектричного відгуку органічних невпорядкованих сегнетоелектриків PVDF до та після опромінення швидкими електронами. Для вказаної теорії застосовано метод випадкового локального поля, розроблений раніше для віртуальних сегнетоелектриків з дипольними домішками типу KTaO3.

У нашій моделі ми розглядаємо вказані полімери як невпорядковані сегнетоелектрики у мішаний сегнето - стекольній фазі зі співіснуванням далекого та близького порядків. Області з близьким полярним порядком відповідають аморфним шарам вказаних полімерів, тоді як сегнетоелектричні області - кристалічним областям певної полімерної конформації, в якій утворюються електричні диполі. У нашій теорії ми враховуємо вплив опромінення та зміну кількості VDF у зразку через зміну кількості диполей та інших джерел випадкових полів.

У п'ятому розділі дисертації розглядаються нелінійні ефекти та особливості доменної структури у віртуальних сегнетоелектриках з дипольними домішками. Наші розрахунки нелінійних ефектів спираються на самоузгоджені рівняння для параметру порядку невпорядкованих сегнетоелектриків та їх функціонал вільної енергії. Вказані рівняння виводяться нашим методом випадкового локального поля. Тому початок розділу присвячено виведенню основних рівнянь цього метода, що описує системи з диполями, розташованими випадково у гратці кристала - матриці. Експериментально встановлено, що у випадку релаксорів такими диполями є нецентральні іони Nb, Рb і навіть кисень. Роль кристала-матриці відіграє так звана фаза Бернса.

Ми показали, що у невпорядкованому сегнетоелектрику доменна стінка завжди більш товста, ніж у впорядкованому, причому товщина критично зростає при наближенні до критичної концентрації домішок (такої, що при менших концентраціях домішок далекий порядок у системі неможливий при будь-яких температурах) або температури сегнетоелектричного фазового переходу. Більша (ніж у впорядкованих сегнетоелектриках) товщина доменної стінки випливає з факту, що у невпорядкованій речовині з'являється ще одне "джерело" флуктуацій через безпорядок у підсистемі домішок. Такі "товсті" (а значить тяжкі) доменні стінки можуть бути причиною для низькочастотної діелектричної дисперсії при T<Tс (Tс - температура переходу з параелектричної до сегнетоелектричної фази у вказаних речовинах), що спостерігалася у багатьох віртуальних сегнетоелектриках з дипольними домішками.

ВИСНОВКИ

фізичний поляризація діелектричний

Розрахунки, проведені в рамках моделі випадкових полів дозволили вперше встановити фізичні механізми, відповідальні за аномалії багатьох властивостей невпорядкованих сегнетоелектричних матеріалів. Зокрема:

1. Істотні відмінності температурної залежності радіуса кореляції флуктуацій поляризації у релаксорних та впорядкованих сегнетоелектриках вперше пояснено впливом випадкових електричних полів на частоту та загасання м'якої моди релаксорних сегнетоелектриків;

2. У релаксорному сегнетоелектрику PMN теоретично передбачено суттєве загасання м'якої фононної моди, яке нещодавно було експериментально виявлено методом непружного розсіювання нейтронів;

3. Вперше розраховано функцію розподілу часів релаксації у невпорядкованих сегнетоелектриках. Встановлена суттєва різниця у формі цієї функції у фазах з різним рівнем невпорядкованості та її залежність від нелінійних внесків випадкових полів. Зокрема, нелінійні ефекти призводять до асиметричної форми, а внаслідок зростання дисперсії випадкових полів при переході з мішаної сегнето-стекольної фази до стану дипольного скла спектр часів релаксації значно розширюється;

4. Встановлено, що не Дебаївська поведінка динамічного діелектричного відгуку, яка є характерною рисою усіх невпорядкованих сегнетоелектриків, пов'язана з особливостями розподілу часів релаксації. Це дозволило вперше дати фізичну інтерпретацію емпіричним законам релаксації, що застосовуються для опису експериментально спостережуваного динамічного діелектричного відгуку невпорядкованих матеріалів. Зокрема встановлено, що емпіричні закони Cole-Cole, Davidson-Cole, Kohlrausch-Williams-Watts та Havriliak-Negami пов'язані із співіснуванням далекого та близького полярного упорядкування у мішаній сегнето-стекольній фазі.

ПУБЛІКАЦІЇ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. M.D. Glinchuk, V.A. Stephanovich, E.A. Eliseev, E.V. Kirichenko “Temperature dependence of correlation radius in ferroelectric relaxors” // Ferroelectrics 270, 227 (2002).

2. В.А. Стефанович, М.Д. Глинчук, Б. Хильчер, Е.В. Кириченко ”Физические механизмы, приводящие к распределению времен релаксации в неупорядоченных диэлектриках” // Физика твердого тела 44, 906 (2002).

3. M.D. Glinchuk, E.A. Eliseev, V.A. Stephanovich, E.V. Kirichenko, L. Jastrabik “Correlation radius of polarization fluctuations in the disordered ferroelectrics” // Applied Physics Letters 80, 646 (2002).

4. E.V. Kirichenko, A. Sobolewska, V.A. Stephanovich “The domain wall structure in disordered ferroelectrics” // Ferroelectrics, 2003, 288, pp. 211-220.

5. V.A. Stephanovich, M.D. Glinchuk, E.V. Kirichenko, B. Hilczer “Theory of radiation induced relaxor behavior of poly (vinylidene fluoride-trifluoroethylene) copolymers”// Journal of Applied Physics, 2003, 94, pp. 5937 - 5944.

6. V.A. Stephanovich, E.V. Kirichenko, M.D. Glinchuk, M. Maglione “Nonlinear dielectric susceptibility in doped incipient ferroelectrics.”// Тези доповідей Міжнародної конференції NATO ARW on the Disordered Ferroelectrics, Київ, 29 травня-2 червня 2003 р., с. 76.

Размещено на Allbest.ru