Эффекты размытия фазовых переходов в сегнетоэлектриах-релаксорах

Аннотация

Л.А. Кладенок

Дата поступления статьи: 30.10.2013

В сегнетоэлектриках сложного состава со структурой перовскита не наблюдается четкого фазового перехода. В этой сегнетоэлектриков наблюдается релаксационный характер диэлектрической поляризации в области фазового перехода.

Ключевые слова: Фазовые переходы, сегнетоэлектрики, перовскиты, сложные оксиды, сегнетоэлектрики-релаксоры

01.04.07 - Физика конденсированного состояния

Одна из актуальнейших проблем современной физики в области исследования фазовых переходов связанна с исследованием сегнетоэлектриков сложного состава со структурой типа перовскита, в которых не наблюдается четкого фазового перехода.  В связи с этим появилось новое название сегнетоэлектрик с размытым фазовым переходом. В таких сегнетоэлектриках наблюдается релаксационный характер диэлектрической поляризации в области фазового перехода. Такие опытные факты удается объяснить, если предположить, что размытие фазового перехода обусловлено флуктуациями состава. Согласно этим представлениям различные области кристалла (линейный размер ~100 А) имеют различные температуры Кюри. Предполагается, что релаксация обусловлена 1) движением границ между полярной и неполярной фазами или 2) зарождением и исчезновением полярных областей. Второй механизм был рассчитан в работе, в которой была обобщена теория Дебая на случаи, когда число релаксаторов меняется с температурой (с максимумом: в средней точке Кюри Тср). При таком подходе возникает возможность объяснения различных опытных фактов, например температурной зависимости ε  [1, 2, 3].
Для эффектов релаксационной поляризации микроскопических полярных областей в сегнетоэлектриках–релаксорах [4, 10] при  описывается законом (1)
,  (1)                                             
где  – константы; m – принимает значение от 1,5 до 2,0 [5,7]. Также отличительным признаком сегнетоэлектриков–релаксаров является существование спонтанной поляризации сопутствующих ей свойств (пьезоэффекта, пироэффекта и др.) при . Отметим, что  в этих объектах увеличивается с увеличением частоты измерительного поля.

Таблица. Температурно-зависимые коэффициенты по петлям гистерезиса в представлении полиномами

Рис.2. Гистограмма локальных для различных количеств дислокации в объеме : сплошные линии – аппроксимации распределения функции Гауса; a – 1; б – 10; в – 50; г – 100

В работе [6, 8, 9] подробно анализируется модель, в которой выдвигаются следующие положения:
– в релаксорах существуют микроскопические полярные области, обусловленные неоднородностью распределения атомов разного сорта;
– эти области независимы, т.е. каждая область имеет свой дипольный момент, который может независимо переключиться;
– в ромбоэдрической фазе дипольные моменты могут ориентироваться только в одном из направлений [111].
С использованием термодинамической теории Ландау плотность свободной энергии для сегнетоэлектриков-релаксаров можно записать как  (2):

Рис.3. Зависимость полуширины гауссовской функции  и числом дислокаций

 (2)                                 
Температурно-зависимые коэффициенты A(T), B(T), C(T) могут быть определены по петле гистерезиса в их представлении полиномами (3)
; ;  (3)                    

В таблице приведены результаты таких расчетов при обработке экспериментальных данных для материалов PMN, 0.9PMN-0.1PbTiO3, PLZT 12/40/60, PLZT 9/65/35, SBN и BTS – 3.5.
Во всех рассмотренных материалах в релаксорных фазах величина дипольных моментов уменьшается с увеличением температуры. При увеличении температуры до Tm монодоменный кристалл разбивается на малые полярные области. Этот процесс продолжается до предельной температуры . При более высоких  концентрация полярных областей уменьшается, и кристалл становится нормальным параэлектриком.

Литература:

1. Смоленский Г.А. Научная сессия Отделения общей физики и астрономии академии наук СССР совместно с Отделением физико-технических и математических наук Академии наук Молдавской ССР – Кишинев, 1973 г., С.331-351.
2. Ляпин А.А., Кадомцев М.И., Тимофеев С.И. Исследование деформирования частично заглубленного фундамента при гармоническом воздействии с использованием МКЭ– // «Инженерный вестник Дона», 2011, №4. –Режим доступа: http://www.ivdon.ru/magazine/ archive/n4y2011 /700  (доступ свободный) – Загл. с экрана. – Яз. Рус.
3. Снежков В.И. , Столбовская Н.Н. , Камошенкова Е.В. , Корабельников Г.Я. Направления повышения конкурентоспособности коммерческих банков на рынке автокредитования в Ростовском регионе–  // «Инженерный вестник Дона», 2012, №4 (часть 2). –Режим доступа: http://ivdon.ru/magazine/ archive/n4p2y2012/1315  (доступ свободный) – Загл. с экрана. – Яз. Рус.
4. Cross L.E. // Ferroelectrics. 1987. V.76. P.241-267
5. Смоленский Г.А., Боков В.А., Исупов В.А. и др. Сегнетоэлектрики и антисегнетоэлектрики // Л. 1971. С.476.
6. Skulski R. The diffusion of the phase transitions in the selected groupsof ferroelectrics and relaxors. Katowice, 1999, P.345
7. Skulski R. // Mater. Sci. and Engineering. 1999. V.B64. P.39-43.
8. Захарченко И.Н., Дудек Ю., Дудкевич В.П. и др. // Рукопись деп. ВИНИТИ. 1985. № 2956 – В88. с.423.
9. Surowiak Z., Margolin A.M., Birukov S.V. et al/ // Inzynieria materialova. 1988. V.4. P. 87-95.
10. Блинц P., Жекш Б. Мягкие моды в сегнетоэлектриках и антисегнетоэлекриках. М, 1975, с.398