Книги по разным темам Pages:     | 1 | 2 |

Скачки P существуют всегда независимо от того, боль- (1-n) f ( ) = 1/ (n) an exp(-a/ ), (2) ше или меньше E полуширины петли гистерезиса; чем больше E, тем больше P. Начальная быстрая стадия где (n) Ч гамма-функция. Распределение f ( ) имеет релаксации в виде скачка P при любой величине помаксимум при = a/(1+n). Иногда удобнее пользоватьля E является свидетельством отсутствия однозначного ся безразмерной функцией g = f ( ), которая является коэрцитивного поля Ec, которое распределено по объему распределением ln или распределением барьеров для кристалла в широком интервале значений. В обычном центров релаксации по энергии U, где согласно закону однородном сегнетоэлектрике величина поля Ec четко Аррениуса U = kT ln(/0), 0 Ч кинетический коэффиопределена, и при включении E < Ec сразу начинается циент.

медленный процесс релаксации без предварительного Рассчитанные по экспериментальным данным для P(t) скачка, который появляется только в случае, если по формуле (2) функции f ( ) для процессов поляE > Ec [25].

ризации и деполяризации при тех же температурах Медленная термоактивационная стадия релаксации приведены также на рис. 4. Функции f ( ) являются P(t) у PMN, так же как и у других релаксоров [25], нормированными, т. е.

с высокой точностью подчиняется универсальному сте пенному закону f ( ) d = 1.

p(t) = Pe - P(t) / Pe - P0 = 1/(1 + t/a)n, (1) где P0 Ч начальная поляризация, Pe Ч равновесная, Нетрудно убедиться в том, что площади S, ограниченные Pe, a, n Ч свободные параметры.

на рисунке кривыми f ( ) и горизонтальными прямыНа рис. 4 значками показаны экспериментальные ми, проведенными на уровне f ( ) =0.1 f ( f Ч max max значения P(t), сплошными линиями Ч расчет по фор- максимальное значение), много меньше 1. Это означает, муле (1), а сплошными горизонтальными Ч равно- что распределение f ( ) должно включать в себя очень весные Pe, к которым асимптотически приближаются большие времена релаксации, которые выходят за рамзначения P(t). Отклонение экспериментальных значений ки графиков. С уменьшением всех времен в спектре Физика твердого тела, 2003, том 45, вып. 1242 В.В. Гладкий, В.А. Кириков, Е.В. Пронина Рис. 4. Медленные процессы поляризации (a) и деполяризации (b) кристалла PMN и спектры f ( ) распределения времени релаксации (c, d) при различных температурах T, K: 1 Ч 257, 2 Ч 230, 3 Ч 215, 4 Ч 205. Поляризующее поле E = 3kV/cm.

Сплошные кривые Ч расчет, кружки Ч эксперимент. Сплошные горизонтальные линии Ч равновесные значения Pe, t0 = 1min.

На вставках Ч начало процессов поляризации и деполяризации (скачки P отмечетны стрелками).

спектр становится уже и выше, его максимум смещается Релаксация поляризации P(t) и спектры f ( ) ревлево и увеличивается ограничиваемая кривой f ( ) пло- гистрировались в широком интервале температур.

щадь S. Рассчитанные по экспериментальным данным На рис. 5 приведены температурные зависимости панекоторые параметры релаксации и спектров распреде- раметров релаксации и спектров для поляризующего ления f ( ), а также площади S приведены в Таблице. поля E = 3 kV/cm. Видно, что при фазовом переходе Физика твердого тела, 2003, том 45, вып. О кинетике медленной поляризации сегнетоэлектрического релаксора магнониобата свинца Параметры релаксации поляризации P и спектров распределения f ( ) кристалла PMN в поле E = 3kV/cm Процесс T, K P0, C/cm2 Pe, C/cm2 a, min n m, min S 257 3.37 9.30.7 0.450.02 0.0370.001 0.440.02 0.230 3.95 9.60.1 0.2520.004 0.0620.001 0.240.004 0.Поляризация 215 3.28 10.380.07 0.2440.003 0.0800.001 0.230.003 0.205 2.71 16.70.12 0.3620.002 0.0460.005 0.3460.002 0.257 2.18 00.2 0.890.06 0.0860.011 0.650.06 0.230 3.64 00.5 0.570.03 0.0340.006 0.550.03 0.Деполяризация 215 3.66 00.26 0.2870.005 0.0220.002 0.2810.005 0.205 3.62 2.670.02 0.180.005 0.090.003 0.1650.005 0. в сегнетоэлектрическое состояние при T 215 K пара- что такая ситуация имеет место для более высоких = метры Pe и S возрастают, а в области перехода наиболее значений амплитуд переполяризующего поля. В этом вероятное время релаксации m = a/(1+ n), отвечающее случае термодинамически равновесные диэлектрические максимуму распределения f ( ), имеет четко выраженсвойства релаксорного и сегнетоэлектрического состояный минимум. Поскольку энергия U барьеров линейно ний, отличающихся масштабом неоднородностей, будут связана с ln, можно сказать также, что энергии U принципиально различными. О температурной зависив области перехода проходят через минимум. Иначе мости остаточной поляризации, имеющей отличные от говоря, при охлаждении кристалла до его индуциронуля значения в сегнетоэлектрической фазе и равные ванного полем перехода в сегнетоэлектрическую фазу, нулю в релаксорной фазе, для среза (100) кристалон становится более ДмягкимУ к воздействию внешнего ла PMN сообщалось также в [14]. Эти данные получены электрического поля, и процессы поляризации и деиз петель диэлектрического гистерезиса в переменном поляризации ускоряются. При дальнейшем охлаждении электрическом поле и согласуются с нашими.

появляется крупномасштабная доменная структура [5], и энергия барьеров опять увеличивается, а релаксация замедляется.

Непрерывные спектры распределения времени релаксации поляризации PMN строились ранее по данным измерения мнимой части диэлектрической проницаемости в слабом переменном электрическом поле 10-3-10 Hz без смещающего постоянного поля. Такие спектры, так же как приведенные в настоящей работе, имеют характерную для неоднородных систем аномально большую ширину, увеличивающуюся при понижении температуры, однако в постоянных смещающих полях, индуцирующих сегнетоэлектрический фазовый переход, спектры не исследовались [15,17].

По-видимому, одним из главных результатов исследования релаксации является температурная зависимость равновесного значения поляризации Pe для процесса деполяризации. На рис. 5, b видно, что в температурной области релаксорной фазы кристалла PMN значение Pe везде равно нулю и только в сегнетоэлектрической области отлично от нуля. Это означает, что квазистатические петли диэлектрического гистерезиса при переполяризации в поле E = 3 kV/cm с периодом 1 h являются термодинамически неравновесными характеристиками, и при увеличении периода поля их форма и амплитуда должны приближаться к равновесным. В пределе для очень больших периодов поля в релаксорной фазе петля должна выродиться в нелинейную зависимость P от E с нулевыми значениями остаточной поляризации Pe Рис. 5. Температурные зависимости параметров m (1), Pe (2), и ДкоэрцитивногоУ поля, а в сегнетоэлектрической фазе S (3) релаксации и спектров распределения f ( ) для процесдолжна сохранить свою привычную форму. Возможно, сов поляризации (a) и деполяризации (b).

Физика твердого тела, 2003, том 45, вып. 1244 В.В. Гладкий, В.А. Кириков, Е.В. Пронина Таким образом, исследование медленной кинетики [20] В.В. Гладкий, В.А. Кириков, С.В. Нехлюдов, Е.С. Иванова.

ФТТ 39, 11, 2046 (1997).

поляризации сегнетоэлектрического релаксора магно[21] В.В. Гладкий, В.А. Кириков, С.В. Нехлюдов, Т.Р. Волк, ниобата свинца позволяет зарегистрировать его реакцию Л.И. Ивлева. ФТТ 42, 7, 1296 (2000).

на внешнее воздействие, включающую отклик долго[22] В.В. Гладкий, В.А. Кириков, Е.С. Иванова, С.В. Нехлюдов.

живущих метастабильных состояний, характерных для ФТТ 41, 3, 499 (1999).

таких существенно неоднородных материалов. Регистра[23] В.В. Гладкий, В.А. Кириков, С.В. Нехлюдов, Т.Р. Волк, ция такого отклика выявляет особенности диэлектричеЛ.И. Ивлева. Письма в ЖЭТФ 71, 1, 328 (2000).

ских свойств PMN обусловленные случайными внутрен[24] T. Granzow, U. Dorfler, Th. Woike, M. Wohlecke, R. Pankrath, ними электрическими полями: своеобразный вид перM. Imlau, W. Kleemann. Phys. Rev. B 63, 174 101 (2001).

вых неповторяющихся циклов петель диэлектрического [25] В.В. Гладкий, В.А. Кириков, Т.Р. Волк. ФТТ 44, 2, гистерезиса и резкое изменение параметров спектра (2002).

распределения времени релаксации при индуцированном [26] В.В. Гладкий, В.А. Кириков, Т.Р. Волк, Л.И. Ивлева. ЖЭТФ 120, 8, 1 (2001).

электрическим полем переходе из сегнетоэлектрической [27] В.И. Диткин, А.П. Прудников. Справочник по операционв релаксорную фазу. Экстраполяция результатов изменому исчислению. Высш. шк., М. (1956). 466 с.

рений на большие времена дает также возможность оценить характеристики кристалла, близкие к его термодинамически равновесным значениям.

Авторы признательны С.Г. Лушникову (ФТИ РАН) за предоставленный для исследований кристалл, Т.Р. Волк Ч за интерес к работе и полезные обсуждения результатов.

Список литературы [1] Г.А. Смоленский, В.А. Исупов, А.И. Аграновская. ФТТ 1, 167 (1959).

[2] Г.А. Смоленский, В.А. Боков, В.А. Исупов, Н.Н. Крайник, Р.Е. Пасынков, М.С. Шур. Сегнетоэлектрики и антисегнетоэлектрики. Наука, Л. (1971). С. 355.

[3] М. Лайнс, А. Гласс. Сегнетоэлектрики и родственные им материалы. Мир, М. (1981). С. 316.

[4] L.E. Cross. Ferroelectrics 76, 241 (1987).

[5] В.А. Боков, И.Е. Мельникова. ФТТ 3, 3, 841 (1961).

[6] R. Sommer, N.K. Yushin, J.J. Van der Klink. Ferroelectrics 127, 1Ц4, 235 (1992).

[7] Zuo-Guang Ye, H. Schmid. Ferroelectrics 145, 83 (1993).

[8] R. Sommer, N.K. Yushin, J.J. Van der Klink. Phys. Rev. B 48, 18, 13 230 (1993).

[9] A.A. Bokov, Z.-G. Ye. J. Phys. Condens. Matter 12, L(2000).

[10] A.A. Bokov, Z.-G. Ye. Appl. Phys. Lett. 77, 12, 1888 (2000).

[11] A. Levstik. Z. Kutnjak, G. Filipic, R. Pirc. Phys. Rev. B 57, 18, 11 204 (1998).

[12] R. Blinc, J. Dolinsek, A. Gregorovic, B. Zalar, C. Filipic, Z. Kutnjak, A. Levstik, R. Pirc. Phys. Rev. Lett. 83, 2, (1999).

[13] A.K. Tagantsev, A.E. Glazunov. Phase Transitions 65, 1Ц4, 117 (1998).

[14] H. Arndt, F. Sauerbier, G. Schmidt. Ferroelectrics 79, (1988).

[15] E.V. Colla, E.Yu. Koroleva, N.M. Okuneva, S.B. Vakhrushev.

J. Phys. Condens. Matter. 4, 3671 (1992).

[16] R. Pirc, R. Blinc, Z. Kutnjak. Ferroelectrics 267, 139 (2002).

[17] N.K. Yushin, S.N. Dorogovtsev. Ferroelectrics 134, (1992).

[18] Z. Kutnjak, A. Levstik, R. Pirc. Ferroelectrics 270, (2002).

[19] A.K. Jonscher. Dielectric relaxation in solids. Chelsea Dielectrics, London (1983).

Физика твердого тела, 2003, том 45, вып. Pages:     | 1 | 2 |    Книги по разным темам