Книги по разным темам
Pages: | 1 | 2 | Физика твердого тела, 2003, том 45, вып. 9 Селективное воздействие слабого постоянного магнитного поля на кристаллы триглицинсульфата й М.Н. Левин, В.В. Постников, М.Ю. Палагин Воронежский государственный университет, 394693 Воронеж, Россия E-mail: levin@lev.vsu.ru Воронежский государственный технический университет, 394026 Воронеж, Россия (Поступила в Редакцию 26 ноября 2002 г.В окончательной редакции 10 февраля 2003 г.) Впервые обнаружен эффект селективного воздействия постоянного магнитного поля на характеристики номинально чистых кристаллов триглицинсульфата. В результате непродолжительного (минуты) воздействия слабого магнитного поля B0 = 0.08 0.01 T наблюдались долговременные (сотни часов) изменения спонтанной поляризации, коэрцитивного поля, температуры Кюри и диэлектрической проницаемости кристалла в точке Кюри. Селективный характер эффекта предположительно связан с участием протонов водородных связей в спин-зависимых процессах трансформации дефектных комплексов реального кристалла.
Недавно был обнаружен эффект долговременных из- Целью настоящей работы является исследование менений сегнетоэлектрических и диэлектрических ха- основных закономерностей воздействия слабых постоянрактеристик номинально чистых кристаллов триглицин- ных магнитных полей на сегнетоэлектрические и диэлексульфата (ТГС) в результате кратковременных воздей- трические характеристики номинально чистых кристаллов ТГС.
ствий слабых импульсных магнитных полей (ИМП) [1].
Парадоксальность обнаруженного эффекта с точки зрения классической термодинамики заключается в том, 1. Эксперимент что энергетическое воздействие применявшихся ИМП с амплитудой индукции B 0.02 T пренебрежимо мало Образцы вырезались из монокристалла ТГС, выращенпо сравнению с тепловой энергией (BB 10-4kT при ного методом регулируемого понижения температуры T = 300 K, где B Ч магнетон Бора) и не может быть пересыщенного водного раствора, и представляли собой причиной возникновения указанного эффекта. Более прямоугольные плоскопараллельные пластины разметого, индуцированные ИМП эффекты, обнаруженные ром 7 7 0.5mm с осью Y, ориентированной норв кристаллах ТГС, наблюдались в полях, меньших типичмально к большим граням. На большие грани образцов ного порога ( 0.1T) магнитопластических эффектов методом термического напыления в вакууме наносились в немагнитных диэлектрических кристаллах, обусловсеребряные электроды. После нанесения электродов ленных изменением спиновых состояний структурных образцы отжигались на воздухе при T = 350 K в течение дефектов [2,3]. В частности, магнитопластический эф10 h.
фект в сегнетоэлектрических кристаллах NaNO2 проявОбработка кристалла постоянным магнитным полем лялся при B = 0.2B [4], влияние магнитного поля на проводилась в зазоре между намагниченными ферритостартовые поля хаоса в кристаллах ТГС наблюдалось выми пластинами. Величина индукции задавалась шипри B = 0.3T [5], а изменения температуры Кюри сериной зазора и могла меняться в пределах 0.02Ц0.2 T.
гнетоэлектрического перехода в кристаллах BaTiO3 Ч Магнитное поле измерялось магнитометром с датчиком в магнитных полях с B > 0.5T [6]. О влиянии магнитных Холла с погрешностью B 5 10-3 T. В пределах точполей с индукцией B < 0.2 T на какие-либо характериности измерения магнитное поле было однородным по стики сегнетоэлектрических кристаллов по имеющимся площади образца. Время обработки t варьировалось от у авторов сведениям ранее не сообщалось.
до 40 min. Образцы обрабатывались в сегнетофазе при Индуцированные ИМП эффекты, обнаруженные T = 293 K и в парафазе при T = 328 K; полярная ось Y в кристаллах ТГС [1], создали предпосылки для продол- была направлена нормально к магнитному полю или жения исследований сегнетоэлектриков в столь слабых вдоль него. Часть образцов перед магнитной обработкой магнитных полях. При этом вопрос о том, является переводилась в квазимонодоменное состояние десятили принципиальным для возникновения таких эффек- минутным воздействием при T = 293 K постоянного тов импульсный характер воздействия магнитного поля, электрического поля, десятикратно превышающего коэроставался открытым. Электрические поля, индуциру- цитивное и направленного вдоль сегнетоэлектрической емые использовавшимися ИМП, по оценке [7] были оси Y.
исключены из возможных факторов, ответственных за Измерения петель сегнетоэлектрического гистерезиса возникновение наблюдавшихся эффектов. для определения величин спонтанной поляризации Ps Селективное воздействие слабого постоянного магнитного поля на кристаллы триглицинсульфата увеличение коэрцитивного поля Ek. Асимметрия петли исчезала так же, как и после воздействия ИМП [1].
Исходная форма петли полностью восстанавливалась через десять суток после магнитной обработки при хранении обработанных образцов при комнатной температуре в эксикаторе с силикагелем.
На рис. 2 представлена температурная зависимость диэлектрической проницаемости (T ) вблизи точки сегнетоэлектрического фазового перехода для образцов ТГС, обработанных при комнатной температуре постоянными магнитными полями различной индукции в инРис. 1. Петля сегнетоэлектрического гистерезиса Ps(E) кри- тервале от 0.02 до 0.2 Т при одинаковых длительностях сталла ТГС до (1) и после (2) обработки образца постообработки t = 30 min. Магнитная обработка приводит янным магнитным полем B0 = 0.08 T в течение t = 30 min к долговременному (десятки часов при T = 293 K) понипри T = 293 K. Измерения проводились при T = 310 K на жению температуры сегнетолектрического перехода TC частоте f = 50 Hz.
и многократному повышению диэлектрической проницаемости вблизи точки Кюри. Температурные зависимости обратных величин диэлектрической проницаемости, приведенные на вставке к рис. 2, свидетельствуют о выполи коэрцитивного поля Ek проводились по стандартнении закона КюриЦВейса 1/ = C(T - Tc). При этом ной методике СойераЦТауэра при T = 310 K на частомодуль углового коэффициента спадающей ветви кривой те f = 50 Hz. Измерения температурных зависимостей с точностью до 20% превышает угловой коэффициент диэлектрической проницаемости (T ) образцов выполвозрастающей ветви в 2 раза, что характерно для фазонялись в специальном термостате с помощью моста вых переходов второго рода, к которым относится сегнеTesla BM 484 на частоте = 104 Hz при амплитуде тоэлектрический переход в ТГС. Отношение соответстсинусоидального тестового сигнала 0.5 V. Температура вующих угловых коэффициентов до и после воздействия образца измерялась платиновым термометром сопро d 1 d составляет |k| = = 2.5 0.5, что тивления с погрешностью T 2.5 10-3 K. Скорость dT dT T
ской проницаемости на высоких (104 Hz) частотах [9].
После измерений исходных значений (T ) образец Константы КюриЦВейса имеют значения C = 2408 K до извлекался из термостата и помещался в зазор между магнитной обработки и C = 2587 K после обработки ферритовыми пластинами, где подвергался воздействию (кривые 1 и 3 соответственно).
магнитного поля при T = 293 K. После магнитной обработки образец вновь включался в измерительную схему в термостате, температура в котором поддерживалась на 1.5 K ниже исходного значения TC.
На рис. 1 представлены типичные петли сегнетоэлектрического гистерезиса кристалла ТГС, измеренные до и после воздействия постоянного магнитного поля в сегнетофазе. Как и в [1], исходная петля смещена по оси напряженности электрического поля E. Отметим, что на рис. 1 представлены петли Ps (E) с предельно высоким значением спонтанной поляризации Ps и предельно низким значением коэрцитивного поля Ek, которых удалось достичь в результате указанной выше длительной термической обработки образцов, приводящей, по-видимому, к снижению их исходной дефектности. Поскольку значения Ps и Ek кристаллов ТГС могут меняться в пределах 80% в зависимости от реальной структуры [8], а коэрцитивное поле резко уменьшается Рис. 2. Температурные зависимости диэлектрической пронипри T > 310 K [9], полученные значения Ps и Ek не цаемости кристаллов ТГС до (1) и после обработки образцов противоречат известным данным [8,9] и свидетельствуют магнитным полем с индукцией B = 0.06 (2), 0.08 (3) и0.1 T(4) о достаточно высоком качестве исследуемого кристалла.
при T = 293 K в течение t = 30 min. На вставке Ч cоотПосле воздействия постоянного магнитного поля на- ветствующие температурные зависимости обратных величин блюдалось расширение сегнетоэлектрической петли, т. е. диэлектрической проницаемости 1/ = c(T - TC).
10 Физика твердого тела, 2003, том 45, вып. 1682 М.Н. Левин, В.В. Постников, М.Ю. Палагин ко выраженный максимум. Другими словами, эффект характеризуется селективностью к индукции магнитного поля. Максимальный сдвиг точки Кюри составляет TC = 0.67 K и наблюдается при индукции магнитного поля B0 = 0.08 0.01 T. Смещение TC сопровождается возрастанием значения диэлектрической проницаемости в точке Кюри (TC), которое также селективным образом зависит от индукции магнитного поля. Зависимости изменения температуры Кюри TC и относительного изменения m/m0 от индукции магнитного поля, имеющие узкий пик с экстремумом при B0 = 0.08 T, представлены на рис. 3. Здесь m0 и m Ч значения диэлектрической проницаемости образцов в точке Кюри до и после магнитной обработки соответственно.
На рис. 4 приведены зависимости TC и m/m0 от времени обработки образцов в поле B0 = 0.08 T. Характерным для представленных зависимостей является наличие трех участков, а именно: начального участка, на котором воздействие магнитного поля не проявляется;
Рис. 3. Зависимости изменения температуры Кюри TC (1) участка квазилинейного изменения параметров и участи относительного изменения максимального значения ди- ка насыщения. Отметим, что наиболее эффективное электрической проницаемости m/m0 (2) кристалла ТГС от воздействие достигается при длительности обработки индукции магнитного поля, воздействовавшего на образцы t 30 min.
при T = 293 K в течение t = 30 min. Каждая точка получена Исследования изменений температурных зависимоусреднением результатов измерения для семи образцов.
стей диэлектрической проницаемости (T ) от времени хранения обработанного образца показали, что параметры TC и max релаксируют к исходным значениям. Соответствующие временные зависимости m/m0 и TC для образцов, обработанных полем с индукцией B0 = 0.08 T в течение t = 30 min и хранившихся при T = 293 K, приведены на рис. 5.
Магнитные обработки в наиболее эффективном режиме (B0 = 0.08 T, t = 30 min) кристаллов ТГС, находившихся как в парафазе (при T = 328 K), так и в квазимонодоменном состоянии (при T = 293 K), не приводили к заметным изменениям их характеристик.
В обоих случаях наблюдалось лишь незначительное (< 10%) повышение max(TC), что может быть следствием спонтанного изменения этой величины вблизи фазового перехода.
Рис. 4. Зависимости изменения температуры Кюри TC (1) и относительного изменения максимального значения диэлектрической проницаемости m/m0 (2) кристалла ТГС от длительности обработки образцов магнитным полем B0 = 0.08 T при T = 293 K.
Отличительной особенностью обнаруженного эффекРис. 5. Зависимости изменения температуры Кюри TC (1) та смещения точки Кюри TC и повышения диэлеки относительного изменения максимального значения диэлектрической проницаемости кристаллов ТГС в результрической проницаемости m/m0 (2) кристалла ТГС от вретате магнитной обработки является то, что его за- мени хранения образцов после магнитной обработки. Режим висимость от индукции магнитного поля имеет чет- магнитной обработки: B0 = 0.08 T, T = 293 K, t = 30 min.
Физика твердого тела, 2003, том 45, вып. Селективное воздействие слабого постоянного магнитного поля на кристаллы триглицинсульфата Описанные выше эффекты возникали при обработке маломощного микроволнового излучения на кристаллы кристаллов магнитным полем, направленным нормально ТГС, напротив, вызывает повышение температуры сек сегнетоэлектрической оси Y, и отсутствовали при гнетоэлектрического перехода кристалла ТГС на велиобработке образцов полем, направленным вдоль оси Y. чину 1 K и существенное уменьшение диэлектрической проницаемости вблизи точки Кюри [13]. В обоих случаях характеристики кристаллов ТГС релаксировали 2. Обсуждение результатов к исходным значениям в течение нескольких суток после воздействия при хранении образцов при комнатной Основным результатом проведенных исследований температуре.
следует считать обнаружение эффекта воздействия слаАвторы [13] отмечали, что обнаруженные ими закобого постоянного магнитного поля на свойства номиномерности типичны для внесения дефектов в высоконально чистого сегнетоэлектрического кристалла ТГС.
совершенный образец; описанные в настоящей работе Отличительной особенностью обнаруженного эффекизменения параметров можно объяснить снижением та является то, что он имеет экстремум при опреколичества исходных дефектов в кристалле.
деленном значении индукции постоянного магнитного В качестве наиболее слабых элементов структуры поля B0.
бездефектного кристалла ТГС в [13] указаны группы Этому значению B0 можно поставить в соответствие NH+ глицина, соединяющиеся водородными связями значение частоты, удовлетворяющей известному услос другими элементами системы. При этом предполавию электронного парамагнитного резонанса, гается, что микроволновое излучение оказывает влияние на взаимодействие протонной системы водородных gBB =, (1) связей с основной решеткой. Отметим, что возможным h следствием изменения этого взаимодействия может быть где g Ч фактор спектроскопического расщепления.
появление дефектов в кристалле ТГС.
Pages: | 1 | 2 | Книги по разным темам