Исследование примесных дефектов в сегнетоэлектриках методами радиоспектроскопии и диэлектрических измерений тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.07 ВАК РФ

Національна академія наук України Інститут Фізики Напівпровідників

На правах рукопису

ГОЛОВІНА Ірина Сергіївна

ДОСЛІДШЕННЯ ДОМІШКОВИХ ДЕФЕКТІВ У СЕГНЕТОЕЛЕКТРИКАХ МЕТОДАМИ РАДІОСПЕКТРОСКОПІЇ ТА ДІЕЛЕКТРИЧНИХ ВИМІРЮВАНЬ

01.04.07 - Фізика твердого тіла '

Автореферат дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата фізико-математичних наук

Київ-1995

Дисертація є рукопис

Робота виконана в Інституті фізики напівпровідників НАНУ

Науковия керівник: доктор фізико-математичних наук Гейфман І.Н.

Офіційні опоненти: доктор фізико-математичних наук,

Провідна організація: Інститут кристалографії РАН

засіданні Спеціалізованої Ради К БО.07.02 при Інституті фізики напівпровідників НАН України (252860 Киів-28, пр.Науки 45).

З диоертаЦІєю мояна ознайомитися у науковій бібліотеці Інституту фізики напівпровідників НАН України.

Відгуки на автореферат у двох примірниках просимо висилати за адресою: 252650 Ки1в-28, пр.Науки 45, Інститут фізики напівпровідників НАН України.

професор Поплавко Ю.М. доктор фізико-математичних наук Брік О.Б. ' ‘

Захист відбудеться грудня 1995 р. о ________________ині на

Автореферат розісланий

Вчений секретар Спеціалізованої

Ради, канд. фіз.-мат. наук Л ,л л Рудько Г.Ю.

. ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Коротка анотація. У роботі на основі дослідження доміш-кових дефектів вивчаються поляризаційні характеристики сегнетоелектриків, причому вивчаються як макроскопічні (діелектрична проникність, діелектричні втрати, петля гістерезису), таїс 1 мікроскопічні (Індукована поляризація, елементарний дипольний момент) параметри поляризації. Встановлено, що новий ісристал НЬ3Т13Р5020 в сегнетоелектриком. Одержано структурні параметри та визначено основні -характеристики сегнетоелектричного стану цієї сполуки. Розроблено 1 реалізовано новий метод визначення Індукованої поляризації та параметрів розкладу вільної енергії у ряд по поляризації, заснований на застосуванні даних електронного парамагнітного резонансу (ЕПР). У результаті проведення сумісних ЕПР. та діелектричних вимірювань . встановлена кореляція між діелектричними втратами та природою парамагнітних центрів, які утворюють дипольні комплекси у кристалах. Визначені параметри діелектричної релаксації цих комплексів. Проведені у дисертаційній роботі дослідження вказують на ефективність застосування паралельно методів радіоспектроскопії та діелектричних вимірювань для визначення важливих поляризаційних характеристик сегнетоелектриків.

Актуальність .теми. Постійна зацікавленість щодо дослідження сегнетоел'ектричних матеріалів зумовлена двома причинами: по-перше, це все зростаюче застосування сегнетоелектриків у різних галузях техніки 1, особливо, у нелінійній'оптиці; по-друге, у проблемі сегнетоелектрики концентруються найбільш актуальні питання фізики твердого

з

тіла - кооперативні явища, динаміка кристалічної. гратки, фазові переходи (ФП), нелінійні явища та інші. Однією з головних задач, що вирішуються у фізиці сегнетоелектриків, е вивчення поляризаційних характеристик. Поряд з цим ведеться постійний пошук нових сегнетоелектричних матеріалів.

Останнім часом поряд з традиційними • діелектричними вимірюваннями для дослідження сегнетоелектрикиків все частіше застосовуються спектроскопічні методи, що дозволяє вивчати локальні властивості матеріалу. Достатньо інформативним у цьому плані є метод електронного парамагнітного резонансу (ЕПР), особливо у присутності зовнішнього, впливу. Так, дослідження температурних залежностей ширини ліній ЕПР дозволяє вивчати дефектну структуру, рух дефектів та локальні ФП. Прикладення зовнішних електричних полів дало змогу виміряти поляризацію кристалу, дипольний момент домішки та визначити параметри' розкладу вільної енергії у ряд по поляризації у параелектричній фазі кристалу. Зважаючи на те, що іноді дослідники стикаються з неможливістю визначення поляризації традиційними ■ методами ( особливо це є важливим в області ФП ) через високу електропровідність кристалів, актуальним стає, розробка методу визначення вказаних фундаментальних параметрів із застосуванням даних ЕПР для кристалів, що знаходяться у оегнетофазі. Другою існуючою проблемою є встановлене Існування локальної сегнетоелектрики у високоси-метричній матриці,яке має домішкове походження. Застосування для встановлення природи цього явища методу ЕПР поряд з діелектричними вимірюваннями також є найбільш доцільним.

Метод пароелектричного резонансу (ПЕР) застосовується при дослідженні діелектричних кристалів, що дозволяє визначити дипольним електричний момент нецентрально! домішки. Оскільки засновані на діелектричних вимірюваннях оцінки дипольного моменту нецентральних домішок у сегнетоелектриках дають значення "ефективного" дипольного _ моменту, з урахуванням зміщень всіх іонів високополяризуємої матриці, то застосування методу ПЕР дало б змогу визначити дипольний момент домішки у "чистому" ВИГЛЯДІ. '

Досліджувані в роботі кристали є представниками трьох класів сегнетоелектриків - складних оксидів типу перовскиту (КТаОд), халькогенидів <5п2Р25(5е)б) та складних фосфатів (НЬ3Ті3Р5020)і. Перші два матеріали1 є перспективними щодо використання у техниці, а останній кристал є новим \ раніше не досліджуваним. ■

Мета та завдання роботи. Метою дисертаційної роботи було встановлення поляризаційних параметрів на основі дослідження природи, місцезнаходження та кінетики домішкових дефектів у сегнетоелектриках ^^2^6^п2р23е6 та КТа0з> а також властивостей нового монокристалу ЙЬ3Ї13Р'5020 методами ' радіоспектроскопії (ЕПР, ПЕР) та діелектричних вимірювань.

У відповідності до поставленної мети досліджень у роботі розв'язувалися такі завдання: -

1. Розробити метод визначення параметрів розкладу віль-ноі енергії у ряд по поляризації для кристалів, що знаходяться у сегнетоелектрнчній фазі, застосовуючи вимірювання Е1ІР

2. З’ясувати природу заполяризованих мікрообластей у високосиметричній матриці. -

3. Дослідити стуктуру та властивості нового монокристалу, що належить до складних фосфатів.

4. Вивчити природу .місцезнаходження та кінетику домішок у досліджуваних кристалах.

б. Підготувати методику для вивчення ПЕР у сегнето-електричних матеріалах. , • -

Наукова новизна роботи полягає у тому, що проведено комплексне дослідження природи та поведінки домішкових дефектів у сегнетоелектриках за допомогою радіоспектроскопічних та діелектричних вимірювань та визначено важливі макро-1 мікроскопічні параметри поляризації цих матеріалів. Так. розвинута методика визначення фундаментальних параметрів сегнетоелектриків із застосуванням методу ЕПР.Встановлено,що:

- при легуванні кристалів Бп^Р^Бе^ перехідними Зй-елемен-тами домішкові іони займають центросиметричні позиції у середині поліедрів Із атомів халькогену;

- Іони Ті3+ у легованому танталаті калію є домішками заміще-

ння 1 розміщуються у вузлах К+. Визначено параметри дипольної релаксації іонів Ті3+у КТа03:Т1 1 ромбічних центрів Ге3+ у КТаОд-Те; .

- нова сполука ВЬ3ТідР50г0 знаходиться у сегнетоелектричнія фазі нижче 488 К. Визначено основні характеристики цього стану: просторова група, параметри гратки, спонтанна поляризація, коерцитивне поле, постійна Кюрі-Вейса;

- іони V44 є домішками заміщення у кристалі НЬ3Т13Р 5°го 1 знаходяться у вузлах Ті4+.

Практична цінність дослідження. .

1. Розроблений у роботі новий метод ' якил базується на’

даних Й1Р, дозволить визначати коефіціети розкладу вільної енергії в ряд по поляризації кристалів, що знаходяться у се-, гнетоелектричному стані.

2. Результати досліджень КТа03:І1+ методом ПЕР вказують

на принципову можливість застосування цього методу для визначення дипольного моменту нецентральиих іонів у сегнетоелектриках . •

3. Дослідження нового монокристалу КЬ3Т13Р5020 дає змогу віднести цю сполуку до класу сегнетоелектриків.

Положення, що виносяться на захист:

1..Аналіз нелініяності електропольових залежностей у ЕПР парамагнітних домішок у сегнетоелектричнія фазі монокристалів дозволяє визначити параметри розкладу вільної енергії в ряд по поляризації та виявити фазові переходи, індуковані електричним полем. • ■

. 2. Кутові та температурні залежності спектрів ЕПР Мп2*' у оегнетоелектричних кристалах та Зі^Р^Бе^, а також

електропольові залежності зсуву ліній ЕПР свідчать про те,

- 2-4-

до іони Мп займають центосиметричні положення у середині утворених атомами халькогену поліедрів. .

, 3. Сумісне проведення ЕПР та діелектричних вимірювань

дозволяє втановити відповідність максимумів діелектричних втрат певним домішковим Іонам, що.утворюють дипольні комплекси у танталаті калію, та визначити параметри дипольної теплової поляризації. ' .

4. Результати ЕПР та діелектричних вимірювань чистого і легованого--залізом монокристалічного та порошкового тантала^

- »

ту калію дозволяють втановити „ що не ромбічні центри Ге

відповідальні за утворення локальної сегнетоелектрики у вн-оокосиметричному оточенні в номінально чистому КТаОд.

5. Новий монокристал КЬдТідР^О^У є сегнетоелектриком з температурою фазового переходу ТС=488.К. Іони И+ є домішками заміщення 1 знаходяться у позиціях Ті4+ у цьому кристалі.

. Ступінь достовірності. Достовірність одержаних'резуль-татів забезпечувалася комплексним підходом дослідження, а саме застосуванням паралельно декількох методів вимірювання поляризаційних характеристик. Так, діелектричні вимірювання дозволили вивчати макроскопічні параметри (діелектричну проникність. діелектричні втрати) поляризації, а радіоспектроскопічні (ЕПР,ПЕР) методи дали змогу встановити мікроскопічні механізми того ш виду поляризації і виміряти 11 параметри. Завдяки таким паралельним вимірюванням встановлена кореляція у співвідношеннях інтенсивностей ліній ЕПР та діелектричних втрат з концентрацією певних, домішок. Концентрація домішок у досліджуваних кристалах перевірялась за допомогою хімічного аналізу, а у випадку змішаних кристалів К1.хЬіхТа03 - методом пламеної фотометрії.

Апробація роботи. Основні результати роботи доповідались на 5 Всесоюзних та республіканських та 5 міжнародних конференціях симпозіумах та .семінарах, в тому числі на:

XII Всесоюзній Школі-Симпозіумі по магнітному резонансу (М.Кунгура, 1991 р.>;

V Всесоюзній школі-оемінарі по фізиці сегнетоєластиків (м.Ужгород, 1991 р.);

.XIII Конференції по фізиці сегнетоелектриків (м.Тверь,

1992 p.); ,

International conference on delects in insulating materials (Cermany, 19%);

13th General Conference ol the Condensed Matter Division of European Physical Society, (Cermany, 1993);

XVIII Амшр-Конгроссі (Казань, 1994 p.);

IX European Meeting on the Magnetic Materials (Kosice, 1993); ' .

8th International Metting on Ferroelectricity (USA,1993); XIV Всеросійській конференції по_фізиці сегнетоелектриків (Іваново, 1995 p.);

« ■

■ 8th European Meeting on Ferroelectricity (Nijmegen, 1995). -

Публікації. За матеріалами дисертації опубліковано 17 друкованих робіт, спиоок яких наведено у кінці реферату.

Структура та обсяг'диоертаційної роботи.Дисертація складається із вступу', чотирьох розділів, висновків 1 містить 155 сторінок машинописного тексту, в тому числі 33 малюнка,

6 таблиць та перелік літературних джерел, що містить 147 найменувань. ■

Особистий внесок диоертанта. Всі діелектричні вимірювання, екперименти по ЕПР, ПЕР та дослідження впливу зовнішнього -електричного поля та температури на спектри ЕПР; обробка одержаних результатів, у тому числі розробка необхідних комп’ютерних програм, виконані особисто автором. У статтях та доповідях , що написані у співавторстві, автору належать результати'ЕПР. ПЕР досліджень та діелектричних вимірювань, а таком ідеї та'їх реалізація ію обробці даних. ■-

.ОСНОВНИЙ ЙМІСТ РОБОТИ У встугі 1 обгрунтовані актуальність теми дисертації, вибір кола досліджуваних матеріалів та методів досліджень; сформульовані мета та вирішувані задачі, приведені основні положення, що виносяться на захист. • '

У першому розділі проведено огляд літературних •Даних по вивченню дефектів домішкового типу у діелектриках, напівпровідниках та сегнетоелектриках за допомогою ЕПР, ПЕР та діелектричних вимірювань. Показано, що найбільш інформативним для вивчення є метод ЕПР у присутності зовнішнього електричного поля. Співставлення існуючих результатів показало, що електропольовия ефект (ЕПЕ) у ЕПР парамагнітних домішок сильніше проявляється у сегнетоелектриках, ні» у напівпровідниках та діелектриках. Також встановлено, що ЕПР з електричними полями може бути незалежним методом для визначення таких фундаментальних параметрів сегнетоелектриків як коефіцієнти розкладу вільної енергії у ряд по поляризації. Так, цей метод було застосовано для сегнетоелектриків, що, знаходяться у парафазі. У цьому ж розділі розглядається проблема впливу домішок на фазовий стан кристалу (така ситуація має місце, наприклад, при легуванні кристалів КТа03 літієм, що займає нецентральне положення у матриці). Показано, що метод ПЕР дає змогу визначити дипольний момент нецентрально! домішки, що має важливе значення для сегнетоелектри-чних кристалів, що містять домішки такого типу. Такой у цьому розділі приділено увагу кристалм групи КТ10Р04 (КТР), Оскільки ці сполуки мають високі нелінійні властивості , завдяки яким вони виє знайшли застосування в оптиці, а заміна

одного з компонентів хімічного складу приводе до зміни властивостей. то здається важливим продовження пошуку нових сегнетоелектриків сами у системі складних фосфатів з метою знаходження в них відмінних фізичних властивостей. .

■ У другому розділі вирішуться перша з наведених вище задач ^ розробка методу визначення параметрів розкладу вільної енергії у ряд по поляризації. Коротко викладемо суть цього методу. Мінімізуючи розлад вільної енергії! по ступеням поляризації (йС/сІР^О) з урахуванням залежності від електрично- О С

. го поля, маємо співвідношення Е=иР-к*Р +гР , дн п.А.г -параметри, які потрібно визначити. Відомо, що у випадку, коли парамагнітний центр займає центросиметричне положення, зсув ліній ЕПР під впливом зовнішнього електричного поля є пропорційним квадрату поляризації, тобто дН=кР2. Коли електричне поле прикладене до кристалу у сегнетоелектричній фазі, поляризація складається з двох .доданків: р-рш+ріНд- Зважаючи на те; що загальний зсув ліній ЕПР при цьому також є сумою двох доданків - зсуву під впливом температури при переході з пара- у сегнетофазу дНт та зсуву під впливом прикладеного електричного поля дНЕ, маємо дН^+дН£=К(Рсп+Р1нд)2. Оскільки ДНТ зумовлюється спонтанною поляризацією Р^, а дН£- індуко- . ваною поляризацією Р^нд. приходимо до виразів: діїт=кР^п;

дНЕ=к(2РотРІНд+Р?Нд). Розділив перший на другий, маємо:

• О • О .

л%/лНЕ'-рсп/^2Рсп^інд+І>1нд^ . Використовуючи-дані експеримен-

■ тальних залежностей дН(Т), дН(Е) та значення~Р„п.можна побу-

, - СЛі

дувати залежність Р1){Д(Е), використовуючи одержаний вираз-для співвідношення дНу/дНЕ. Враховуючи, що у приведеній вище залежності ЕЦ) значення Р=Р<<і^РіИд- тобто Е=а(Р(,пчР)іП(>»

о с

^(Рот+Р1нд) +г(Рсп+Р1нд)ми можемо визначити необхідні параметри, апроксимуючи останню залежність за методом найменших квадратів. Такий метод знаходження коефіцієнтів розкладу вільної енергії в ряд по поляризації було застосовано нами на сегнетоелектрику Бг^Р^іМп24. Для цього були проведені дослідження ЕПЕ у ЕПР Мп2+ в кристалі ^п^Р^; результати якого дозволили однозначно встановити точкову групу симетрії парамагнітного центру ..Завдяки аналізу кутових, температурних та електропольових залежностей спектру ЕПР Мп2+ встановлено, що ці Іони знаходяться у центросимртричному положенні, що дало змогу застосувати викладений метод на цьому кристалі-Отриманізначення коефіцієнтів а=-2,8В*108Вм/Кл2; /*=6,5*10® Вм5/Кл3; .41*10і2 Вм9/Кл5 добре узгоджуються з

величинами, одержаними’Із незалежних експериментів. Також при дослідженні ЕПЕ уцьому ж кристалі винайдено, що при прикладенні зовнішнього електричного поля перпендикулярно осі спонтанної поляризації у кристалі відбувається Індукований електричним:полем фазовий перехід. Далі у розділі наведені результати досліджень ЕПР Мп2+ у кристалі Зп^Р^Яе^ Встановлено, що при такій зміні хімічного складу значення постійних кристалічного поля збільшуються більш, ніж на два порядки і кутові залежності спектру вдалося описати лише відношенням постіних в|/в|=1,315. При цьому у першому та другому порядках теорії збурень показано, що у випадку, коли ,В2>>©чН резонансне магнітне поле Н залежить тільки від відношення постійних В^/В2. Також знайдено зменьшення Інтенсивності та зникненння лінія ЕПР Мп2+ у кристалі при перході Із

оегнетофази в несумірну фазу. Цей факт пояснюється перезаря-

дкою пармагнітного іону через визволення вільних носіїв заряду в цьому'температурному інтервалі.

Третій розділ дисертації присвячений вивченню дипольної поляризації. У фізиці сегнетоелектрики дипольна поляризація розглядається як один з механізмів індукованої поляризації, шо вносить свій внеоок у сумарну поляризацію матеріала при прикладенні електричного поля внаслідок переорієнтування та вишуковування диполів уздови поля. Але коли має місце локальна сегнетоелектрика, тобто заполяризовані мікрообласті, які знаходяться у високосиметрійнія матриці, дипольна поляризація стає основною характеристикою такого матеріалу. Звісно, такий вид поляризації найкраще досліджувати у відсут- ' ності спонтенної поляризації, тобто у Парафазі. Для цих досліджень у роботі був використаний танталат калію. По-перше, • це зароджуваний сегнетоелектрик, кубічна симетрія'якого не змінюється, тобто зберігається параелектрячнт стан, до самих низьких температур (4,2 К). По-друге, вибір цього матеріалу був зумовлений наявністю заполяризованих областей, природа яких, як встановлено раніше, носить зовнішній характер, а саме-забов’язана присутністю домішок, що входять у кристал при його вирощуванні. У роботі проведені сумісні ЕПР та діелектричні вимірювання як чистих так і легованих кристалів КТа03. Встановлено відношення максимумів діелектричних втрат певним домішковим іонам, яко. утворюють дипольні комплекси у кристалах. Визначені»слідуючі параметри дипольної релаксації цих комплексів - характеристична частота релаксації т^1 та енергія активації Ед: т"1=* 8,3*ш' 1сек~' ,Еа=0,2в± +0,01 еВ (для іонів Ті34-) та т“^=2,33*1012 сегс'1, Еа^0,044±

±0,001 еВ (для Іонів Ге3+). Такош у третьому розділі наведені результати дослідження ЕПР парамагнітних центрів у розмелених кристалах КТа03. Ці дослідження дали змогу встановити, що ромбічні центри Ге3+ не е відповідальними за існування дипольних областей у номінально чистих кристалах КТаО^. Далі наведені результати дослідження ПЕР на кристалах К1_хЬіхТа03. Показано, що різні концентрації літію у КТа03 дають якісно різні спектри. Повна розшифровка спектрів не була проведена. Однак, побудована діаграма енергетичних рівнів для кристалів з концентрацією х=0,02.

У четвертому розділі представлені результати дослідження нового монокристалу НЬ3Ті3Р5020:У. Встановлено, що при Т= =300 К кристал належить до просторової групи Рса2^, а пара- • метри гратки становлять: а=18,295 А; Ь-6,298 А; с=14,788 А. Основу структури складає каркас з одиночних (Ті(1)06) та спарених (Ті(2)06 та Т1(3)0е) октаедрів і з двох фосфатних аніонів (Р04)3~ та (Р20?)4". У пустотах'знаходяться атоми , рубідію. Досліджено ЕПР V4* у цьому кристалі. Кутові залежності резонансних магнітних полів описано спін-гам ільтоніа-ном Н=82дзН252+ВхРНхЗх+еу^НуЗу+А2ї252^АхІх5х+АуІу5у з параметрами в^Ву=1,9894; 82=1,9407; Ах«Ау=(40,8±1 )ж10~4 см_1;

А2=(167,7±1 )жір-4 см-1. Запропонована модель парамагнітного, центру: іони У4* заміщують іони Ті4+, причому із співвідношення інтенсивностей ліній ЕПР встановлено, що ймовірність розміщення іонів в одиночних октаедрах у 3 рази більша, ніж у позиціях спарених октаедрів. Досліджені температурні залежності діелектричної проникності, діелектричних втрат та , провідності кристалу ВЬ^Ті^Р^О^У. Виявлені аномалії у цих

залежностях вказують на наявність фазового переходу при 488 К при вимірах уздовм осі с. Із побудованої температурної залежності 1/« встановлено, що с слідує закону Кюрі-Вейса, а постійна Кюрі-Вейса вище 488 К становить С=2,9*103 К. Для підтвердження наявності оегнетоелектричного стану нами була зареєстрована петля діелектричного гістерезису при Т=140-К, із якої одержані значення спонтанної поляризації Р =6жЮ‘е Кл/м2 та коерцитивного поля Ес=105 В/м. Таким чином, встановлено, що при Т=488 К у кристалі ПЬ3Ті3Р5020:У відбувається сегнетоелектричний фазовий перехід. Із залежності 1п(оТ)= =Г(1/Т),- де о - електрична провідність кристалу, визначені енергії активації вище та нижче-ФП, які становлять 0,67-еВ та 1,05 еВ, відповідно. Також у цьому розділі представлені результати диференційного термічного аналізу, які вказують на наявність крім вищевказаного ще двох переходів при 918 і 1198 К. ПІ переходи не є сегнетоелектричними, бо'дані рен-геноструктурного аналізу свідчать про присутність центроск-метричної фази вище 488 К. '

ОСНОВНІ РЕЗУЛЬТАТИ ТА ВИСНОВКИ

1. Запропоновано та реалізовано кетод визначення

параметрів розкладу вільної енергії у ряд по поляризації для кристалів, що знаходяться у сегнетофазі, який заснований на даних ЕПР.. ’ - .

?+•

2. Встановлено, що у монокристалі Бп^Р^Я^Мп при

прикладенні зовнішнього електричного поля перпендикулярно спонтанної поляризації здійснюється індукований електричним полем фазовий перехід. ■

' *

15 •

3. Встановлено,що при заміщенні сірки селеном у системі Бі^,Р23(5е)6 відбувається збільшення констант кристалічного поля на декілька порядків. Цей результат та характер ' температурної залежності констант спін-гамільтоніану’ свідчать про посилення сил відштовхування ніш атомами халькогену при такій зміні хімічного складу.

. 4. За допомогою ЕПР та діелектричних вимірювань вста- _

ч+

новленно, що не ромбічні центри Ге , є відповідальними за утворення полярних областей у високосиметрійнія матриці. .

Б. Встановлена кореляція між діелектричними втратами та природою парамагнітних центрів. Визначені параметри диполь-' ноі релаксації іонів Ге3+ та Ті3+ у КТа03. ■

Є. Із діелектричних вимірювань структурних данних встановлено, що нова сполука РЬ^Ті^І’^О^ є сегнетоелектриком з температурою фазового переходу при Тс=488 К. Визначені просторова група,параметри гратки та основної характеристики ' оегнетоелектричного стану (спонтанна поляризація,коерцетивне поле, постійна Кюрі-Вейса) цього монокристалу.

7. Досліджені 1 встановлені природа та місцезнаходження

' ?+ '

домішок у вивчених сегнетоелектриках. Так, іон Мп у кристалах системи є' домішкою впровадження і

займає центросиметричне положення у середині поліедру атомів халькогену. Іон Ті3+ розміщується у вузлах К+ у матриці КТа03 Іони V4* у кристалі РЬ3ТІ3Р5020 е ‘ домішкою заміщення і розташовуються у. вузлах Ті4+.

• 8. Розроблена методика і одержані попередні результати

по ПЕР на монокристалах К1-хПхТа03. Це дало змогу виділити у-фазовій діаграмі цих кристалів область, де іони Ы індиві-

дуальні. ,

Таким чином, проведені у дисертаційній роботі дослідження вказують на ефективність використання паралельно радіоспектроскопічних та діелектричних вимірювань для визначення важливих поляризаційних характеристик оегнетоелектричних матеріалів. . '

- ОСНОВНІ РЕЗУЛЬТАТИ ДИСЕРТАЦІЇ ОПУБЛІКОВАНІ .

В РОБОТАХ: *

1. Гейфман И.Н., Головина И.С., Микайло О.А., Мотря С.Ф.

Злвісгрополевой эффект в ЭПР Мп2+ в Sn^PgSg // УФИ. 1993. Т.38. N7. С.1046-1052. ' •

2. Geifman I.N., Golovina I.S., . Mlkaylo O.A., Vysochnnsky

Yu. H. EPR of Mn2+ • In SngPgSeg ferroelectric // FerroeleCtries. 1994. V.156. P.261-266. ‘

3. Гейфман И.Н., Головина И.О. Фазовые состояния и . параэлектричееккй резонанс Ll+ в смешанных монокристаллах К, ^Ы^ТаОз // Кристаллография; 1894. І.39. N1. С.66-69.

4. Гейфман И.Н., Головина И.С., Сонько Т,В. Моделирование

дапольноя релаксации в кристаллах КТа03:Т1 методами ЭПР и диэлектрических потерь // ФТТ. 1995. Т.37. N5. С.1504--1509. . ' .

Б. Geifman I.М., Golovina I.S., Vysochansky Yu.М., Motrya.

S.F., Mlkaylo 0.A. Determination of thermodynamic potential expansion parameters using.EPR // Proceedings of the • International Conference on Defects in Insulating Materials. - Schlo/?Uordklrchen, Germany. 1992. V1. P.654-658.

6. Geifman I.N.. Golovina I.S., Koslova I.S., Vysochansky

Yu. M. IPR Investigation of phase transitions in ferroelectrics of SrigPgSg and SngPgSe6 // In book: Seventh European Meeting on Ferroelectricity.- Di^on, France. 1991. P.3135. .

7. Гейфман И.Н., Головина И.С., Микайло О.А., Мотря С.ф.

?+

Влияние электрического поля на ЭПР Мп в монокристалле SngPgSg.-// Тез. докл. XII Всесоюзной Школы-Симпозиума по , магнитному резонансу, 1-10 октября 1991 г., г.Кунгура.

С.135.

7. Гейфман И.Н., Головина И.О., Высочанский Ю.М., Микайло О.А. ЭПР Мп2+ в монокристалле SngP2Se6 // Тез. докл. V Всесоюзной школы-семинара по физике сегнетоэластиков. 16-22 сентября 1991г., г.Ужгород. С. 78.

8. Гейфман И.Н., Головина И.О., Высочанский Ю.М., Мотря . С.Ф., Микайло О.А. Определение параметров разложения термодинамического потенциала с помощью ЭПР. // Тез. докл.

XIII конференции по физике сегнетоэлектриков. 15-19

' сентября 1992г., г.Тверь. Т.1. С.67.

9. Gelfman I.N., Golovina I.S., Vysocharisky Yu.М., Mikaylo

O.A. EPR of Mn2+ in SngPgSg and SngPgSe^ /7 Abstracts of-the Ninth International Symposium on the Applications of Ferroelectrics. August 7-10, 1994. Pennsylvania, USA.

Abstract No.PI-93. . .

10. Geifman I.N., Golovina I.S., Vysochansky Yu.М., Mikaylo

. O.A. Electric field effect in Mn2+ EPR in crystal SngPgSg //Europhyslcs Conference Abstracts.. 1993. 4.17A. P.1394.

11. Gelfman I.N., Golovina I.S. IPR of Ti3+ and dipole relaxation in KTa03:Ti crystals // In book: Magnetic гено-

палее and related phenomena. August 21-28, 1994. Kazan. Extended abstracts of the XVIIIto'Congress AMPERE. 7,1. P.'438-439. .

12. Gelfman I.N., Golovina I.S., Mikaylo O.A., Motrya S.F., Vysochansky Yu.м. Studying of the EPR of Mn2+ spectrum changing In Sn2PgSe6 near the phase transition // Abstracts of the IXth European Meeting on the Magnetic Materials. Kosice. 1993. P.19.

13. Gelfman I.N., Golovina I.S., Vysochansky Yu.М., Mikaylo O.A. Determination of parameters of free energy exten-slon in powers of polarization using EPR // Abstracts of the 8th International Meeting on Ferroelectricity.' Gaithersburg, USA. August 8-13, 1993. P.265.

14. Головина'И.С., Гейфман.И.Н. ЭПР и . дапольная релаксация

Tl3-* в кристаллах КГаОд // Тез. докл. XIV Всвроссмскоя конференции по физике сегнетоэлэктриков. Иваново. 12-23

сентября 1995. С.50. • ‘ .

15. Гейфман И.Н., Головина И.О., Ротенфельд М.В., Фурманова

Н.Г,, Нагорный П,Г. Структура, ' ЭПР. и даэ-йектрическиэ свойства нового мояокристаллического соединения RbgTlgPgOggtV^ // Тэз. докл. XIV 8-Всероссийской конференции по физике сегнвтоэлэктриков. Иваново. 12-23 сентября 1995. С.130. .

16. Golovina I.S., Gelfman I.N., Furmanova H.G., Nagorniy

P.G. Phase transitions in Rb3Ti3P5020 and SngP^Sg // Abstracts of the 8th European Meeting on lerroelectricity. Nijmegen.^ Netherlands. 1995. P04-64. .

17. Gelfman I.N., Golovina I.S. Relaxation In R.Ta03:Tl crys-

tals // Abstracts of the 8th European Meeting on ferroelectric lty. Nijmegen, Netherlands. 1995, P16-12.

- .SUMMARY '

Golovina I.S. Investigation of Impurity delects In ferro- ■ electrics by methods of radiospectroscopy and dielectric measurements. ... .

The physics and mathematics candidate thesis on speciality 01.04.OT.-Solid State Physics, Institute of Physics o£ Semiconductors of the National Academy of Sciences of -Ukraine, Kiev, 1995.

17 papers are defended, where nature, location and kinetics of doping impurities (Mn2‘t\Ti3+,F83+,V4f) in crystals of such groups of ferroelectries ' as perovskite type complex oxides of (KTaOg), khalcoganides (Sn2P2S(Se)6) and complex phosphates (Rb3Tl3P502Q) have been Investigated. The solution of one of the main problems of physics of ferroelectri- . city - study of polarization characteristics of ferroelect-rics - are based on these studies of ijnpurity defects. More- -over, macroscopic (dielectric susceptibility, dielectric losses, hysteresis loop) as well as microscopic (Induced polarization, elementary dipole moment) parameters of polarization were studied. A new single crystal Rb3Ti3P5Q20 is found to be a ferroelectric. Its structural and main polarization parameters were obtained. A new method for determination of induced polarization and parameters of free energy expansion In powers of polization, which is based on IPR . data, was elaborated. The method was tested on Sn2P2Sg:Mn2+.

Dielectric loss peaks were attributed to definite impurity ions forming dipole complexes in crystal, thanks to Joint IPR and dielectric measurements of pure and doped KIaOg crystals. Parameters of dielectric relaxation of these dipoles were determined.

Thus, to determine main polarization character!sties of fer-roelectrics, the use of simultaneous radlonpectroscopic and dielectric measurements has proven.to he effective.

' АННОТАЦИЯ

Головина И.О. Исследование примесных дефектов в сегнотоэлектриках методами радиоспектроскопии и диэлектрических изкарт- ■ ниа. ■

Диссертация на соискание ученой степени кандидата физикоматематических наук по специальности 01.04.07 - Фибйка твор- . дого тела, Институт физики полупроводников НАНУ, Киев, 1985.. Защищается 17 научных работ, которые содержат исследования природы, костоположения и кинетики ряда примесных дефектов (Ип2+,Т13+,Гва+',74+) в кристаллах, принадлежащих трем классам сегнетозлектриков - слоякым окислам типа шровскита (КТа03), халькогенидам (SngP2S<Se)6) и сложным фосфатам (Rb3Tl3P5020). Эти исследования явились основой, для решения одной из главных задач физики coreтоэлектричества - изучения поляризационных характеристик.согнотоэлэктриков, причем в работа изучались как макроскопические (диэлектрическая проницаемость, диэлектрические потери, пэтля гистерезиса), тая и микроскопические (индуцированная • поляризация, элементарный диполшый момент) параметры поляризации.

Установлено, что новый монокристалл является

сегнетоэлектриком. Получены структурные и основные поляризационные параметры атого соединения. В работе разработан метод определения индуцированной поляризации и параметров разложения свободной энергии в ряд по поляризации, основанный на применении данных ЭПР. Этот метод опробован на сегнато электрике 5п2Р25б-.Мп2+. В результате проведения совместных . ЭПР и диэлектрических измерении!! установлено соответствие максимумов диэлектрических потерь определенным примесным ионам, образующим дипольные комплексы в кристаллах. Определены параметры диэлектрической релаксации этих комплексов.

Проведенные в диссертационной работе исследования показали эффективность использования параллельно радиосшктроскогшчв-ских и диэлектрических измерений для определения важных поляризационных характеристик сегнетоэлектрических материалов. Ключові слова: •

сегнетоелектрик, електронний парамагнітний резонанс, елек-тропольовий ефект, параелектричний резонанс, домішка, діелектричні вимірювання, поляризаційні характеристики.

Подп. к печ. Формат 60ХД?/,£ Бумага

Печ. ифс. Уел. печ. д. Уч.-изд. л. 0,0. Тираж /РР,

Киевская книжная типография научной книги. Киев. Б. Хмельницкого, 19.

гг