Исследование структуры и динамики магнониобата свинца методом рассеяниянейтронов и рентгеновского излучения тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.07 ВАК РФ

РГб од

? 7 V.!*] ^

РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ НАУК ФИЗШСО-ТЕХНИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ ИМ.А.Ф.ИОФФЕ

На правах рукописи

НАБЕРЕЖНОВ Александр Алексеевич

УДК.538.911:539.171.4

ИССЛЕДОВАНИЕ СТРУКТУРЫ И ДИНАМИКИ МАГНОНИОБАТА СВИНЦА МЕТОДОМ РАССЕЯНИЯ НЕЙТРОНОВ И РЕНТГЕНОВСКОГО ИЗЛУЧЕНИЯ

/ 01.04.07 - физика твердого тела /

АВТО РЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Санкт-Петербург 1996.

Работа выполнена в Ордена Ленина физико-техническом институте им.А.Ф.Иоффе РАН,

Научный руководитель:

кандидат физико-математических наукС.Б.Вахрушев.

Официальные оппоненты: доктор физико-математических наук . В.П.Плахтий, доктор физико-математических наук Н.К.Юшин .

Ведущая организация: Объединенный институт ядерных исследований.

Защита состоится «20? 1996 г. в 10_ часов

на заседании специализированного совета К 003.23.02 при Физико-техническом институте им А.Ф.Иоффе РАН по адресу: 194021, С.-Петербург, К:21, Политехническая ул., 26.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Физико-

технического института РАН.

Автореферат разослан .1996

г.

Ученый секретарь специализированного

совета К 003.23.02 кандидат физ.-мат. наук

/ Бахолдин С.И./

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы.В последние годы существенно возрос интерес к изучению разупорядочснных перовскитоподобнмх соединений с общей формулой А'ьу А"у В |.х В"х Оз с изо- и неизовале^тными ионами в кристаллографически эквивалентных позициях А- и В-подрешеток. Значительная часть подобных соединений является так называемыми сегнетоэлектриками с размытым флзовым переходом, которые получили в последнее время устойчивое название релаксоров. Интерес к изучению такого рода соединений в немалой степени стимулируется и тем фактом, что многие из иих обладают целым рядом необычных, а зачастую и уникальных, физических свойств как при высоких, так и при низких температурах, причем эти свойства находят все более широкое практическое применение. Макроскопические свойства таких соединений изучены довольно подробно, но, тем не менее, микроскопическая природа происходящих процессов и наблюдаемых аномалий остается до сих пор до конца не выясненной, так как практически отсутствуют работы по исследованию микроскопической перестройки структуры и особенностей динамики кристаллической решетки. В этом смысле исследование магнониобата свинца РЫ^/зТ^ЬузОз (РММ), в котором неизовалентные ионы и случайным образом распределены по позициям В-подрешетки и который может рассматриваться как модельный для подобных соединений, представляет несомненный интерес.

Основные цели работы. Цель работы состояла в экспериментальном исследовании микроскопических особенностей структуры и динамики РММ, изучении влияния различных режимов приложения электрического поля на интенсивность рассеяния нейтронор и рентгеновских лучей в широком температурном интерпале. Дня проведения подобных измерений необходимо было разработать экспериментальную методику и соответствую'цее оборудование. Ставилась задача - на основе полученной информации найти наиболее вч>оятные механизмы, ответственны« м наблюдаемые в аномалии.

Научная новизна. Впервые экспериментально исследованы микроскопические особенности динамики кристаллической решетки и структуры мгчноннобатм сытии в широком диапазоне температур методами рассеяния ней фонов и ситро'римн.и о излучения. Впервые показано существование при гемиерап'рс т ЛЧ>1<

моды, которая наблюда-тся только вблизи центра зоны Бриллзоэна и становится передемпфированной при больших q. Впервые показано, что при температуре «650К набчюдается кроссовер (смена режима) от режима смешения к режиму порядок-беспорядок, сопровождающийся сильным затуханием акустических фоконов по закону q4 с одновременным возникновением интенсивного квазиупругого рассеяния, возрастающего при дальнейшем понижении температуры. Впервые в РМЫ обнаружено рассеяние на сегнетофлуктуацияд, исследована температурная зависимость радиуса сегнетофлуктуаций и показано, что пси температуре »230К происходит изменение закона рассеяния (фрактальной размерности), сопровождающееся стабилизацией ("замерзанием") характерного

пространственного масштаба. Впервые проведены исследования влияния электрического поля на интенсивность брэгтовского и диффузного рассеяния на монокристаллах РМИ и показана неэргодичносгь вознйкающего низкотемпературного состояния. Проведен динамический структурный анализ и определены форма и величины полярных смещений ионов при комнаткой температуре.

Практическая значимость. Выявлен ряд микроскопических особенностей, наблюдаемых при рассеянии нейтронов и рентгеновских лучей, и показана связь микроскопической пересгройки структуры' с макроскопическими аномалиями физичес лх свойств, что представляет интерес как для разработки новых подобных материалов, так и для понимания природы происхождения подобных аномалий в аналогичных соединениях. Разработанная методика проведения измерений интенсивности рассеяния нейтронов при низких температурах и при приложении электрического поля может использоваться всеми организациями, заинтересованными в проведении подобных исследований. На защиту выносится:

- экспериментально!, эбнаружение в РКАЧ мягкой моды при температуре выше 650К, исследование особенностей ее поведения и обнаружение при температуре ниже «650К сильного затухания поперечных акустических фононов, сопровождающегося появлением интенсивного, растущего при дальнейшем понижений температуры, кп-пиупругого рассеяния. '

-экспериментальное обнаружение рассеяния нейтронов на сегнетофлуктуациях, 1,-следование температурной зависимости радиуса корреляций се. нетофлуктуаций и

установление факта изменения закона рассеяния (фрактальной размерности) при температуре »230К , наблюдаемого при изучении рассеяния синхротронного излучения.

- экспериментальное обнаружение зависимости интенсивности брэгговского и диффузного рассеяния нейтронов при приложении электрического поля от предыстории образца, обнаружение долговременной логарифмической релаксации и доказательство того, что в нулевом поле при температуре «230К происходит фазовый переход (ФП) в сгекяоподобное состояние.

- установление формы и величины полярных смещений ионов, ответственных за появление сегнетоэлектрических свойств магнониобата свинца.

- методика и оборудование для проведения измерений интенсивности рассеяния нейтронов при низких температурах и при различных режимах приложения электрического поля к образцу.

Апробация работы. Основные результаты исследований докладывались и эбсуждались на 11-ой (Ростов-на-Дону, 1989), 12-ой (Тверь, 1992) и 13-ой 'Иваново.Плес, 1995) Конференциях по физике сегнетоэлектриков; 9-ом и 10-ом ^Свердловск, Заречный 1987,1989), 11-ом (Гатчина,1991) и 13-ом (Зеленогорск,1995) Совещаниях по использованию нейтронов в физике твердого тела; на Международной конференции по рассеянию нейтронов (Франция, Гренобль, 1988), 1а 5-ом Российско-Японском симпозиуме по сегнетоэлектричеству (Москва, 1994), на юучных семинарах ФТИ им.А.Ф.Иоффе РАН. По материалам тнссертацни >публиковано 12 работ.

Структура диссертации.Диссертация состоит из введения, трех глав, заключения и писка цитируемой литературы. Она содержит страниц машинописного текста, ¡ключая рисунков и Ь таблиц. Список литературы состоит из /<?3 1аименований.

СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ

Во введении обосновывается актуальность, научная и практическая начимость и новизна работы, формулируются задачи, решение которых необходимо дя получения результатов. Кратко излагается содержание диссертации.

Первая глава состоит из двух разделов. Псгг.ий раздел посвящен обзору имеющихся экспериментальных результатов, полученных при исследовании образцов РМЫ оптическими и акустическими методами, методом диэлектрической спектроскопии при различных режимах приложения электрического поля к образцу; в этом же разделе описаны существующие к настоящему времени данные по рассеянию нейтронов и рентгеновских лучей. Отмечается, что в соответствии с имеющимися результатами е РМЫ можно выделить две особых температурных области, в которых наблюдаются аномалии физических свойств и характеристик кристалла.

Во втором разделе рассматриваются основные существующие теоретические модели, в рамках которых предпринимались и предпринимаются попытки описания наблюдаемых аномалий. Поскольку в настоящее время наиболее адекватное описание достигнуто при использовании модели фазового перехода (ФП) в стеклоиодобпое состояние, то эта модель рассматривается подробнее. В целом глава носит обзорный характер.

Во второй главе рассматриваются вопросы методики эксперимента и обработки результатов. В первом разделе этой главы описывается экспериментальная установка, приводятся ее основные физические параметры. Принцип действия трехосного нейтронного спектрометра "Нейтрон -3" со сдвоенным монохроматором заключается в том, что из пучка нейтронов с максвелловским распределением по скоростям ( источником которых является реактор ВВР-М) выделяется монохроматический пучок определенной энергии, который в дальнейшем и рассеивается на образце. Вторичный рассеянный пучок анализируется по' чергии при заданном угле рисгсяния. Монохроматизация и анализ энергии рассеянных нейтроном осуществляется с помощью брэповского отражения от монокристаллов. При проведении исследований в качестве монохроматоров исиользовались монокристаллы меди, пиролитическог о графита и пластически деформированного германия. Сдвоенный монохроматор позволяет существенно уменьшить фон , избежать перемещения образца при изменении энергии (длины полны) падающих на образец нейтронов, что значительно упрощает конструкцию спектрометра п облегчает использование дополнительного оборудования , рл (мешаемого на узле образца.

Второй раздел посвящен описанию разработанного автором оборудовали» цля проведения низкотемпературных исследований при различных режимах приложения электрического поля к исследуемому образцу: прокачного азотного фиостата для проведения экспериментов на спектрометре "НеЙтрон-3" и яизкотемпературной насадки для гелиевого рефрижератора при проведении «¡следований на нейтронном дифрактометре ДН-2 , расположенном на импульсном реакторе ИБР-2 (ОИЯИ, Дубна). Особенностью данного оборудования является 1аличие внутреннего (непосредственно вокруг образца) объема, который может «вне заполняться любым газом. Наличие такого газового объема существенно улучшает условия теплообмена й значительно сокращает время эксперимента при доведении исследований, связанных с многократным гермоциклированием, а также шляется дополнительной защитой от пробоя электрического поля на инструкционные элементы. Наружные хорпуса изготавливались из алюминиевого ¡плава САВ-3, все внешние поверхности криостата ( кроме тонкой кольцевой гроточки вокруг объема образца) кадмировались для снижения фона. Так как юзиционно-чувствительный детектор нейтронного дифрактометра ДН-2 обладает [остаточно большой апертурой, то дам снижения фона в данном случае внутренние инструкционные элементы изготавливались из ванадия ( практически не имеющего :огерентного рассеяния) и Т1-2г сплава ("нулевой матрицы"), обладающего нулевой мплитудой когерентного рассеяния. За счет достаточно больших размеров внешних лементов, тонких проточек и уже указанных выше предпринятых мер прокачной риоетат ослаблял падающий пучок не более чем на 3%, а фоновая загрузка етектора спектромеггра не превышала 3 импУмин. Регулировка температуры существлялась автономно « помощью автоматической системы на базе гандартного регулятора тига "РЕПИД" для спектрометра "Нейтрон-3" и гандартного блока терморегулировки, входящего в состав поставки ефрижератора. Точность регулировки температуры была не хуже ±1,5" во всем нтервале температур. Высокотемпературные исследования проводились в ранее эзданной печке.

В третьем разделе кратко излагаются особенности проведения измерений на ейтронном дифрактометре ДН-2 и приводятся его основные параметры, [спользование времяпролетной методики и позиционно-чувствигельного дегекгора озволяет существенно сократить время проведения эксперимент и улучипиь

качество полученной информации за счет одновременного наблюдения различнь точек обратного пространства без каких-либо изменений в геометрии эксперимента

В четвертом разделе рассматриваются вопросы подготовки образцов измерениям, приложения и контроля электрического поля.

Пятый раздел посвящен вопросам автоматизации эксперимента, повышени надежности работы спектрометра и описанию процедуры сбора информаци Приводятся структурные схемы управления, кратко описываются алгоритмы pa6oi соответствующих программ. Особенностью используемой схемы эксперимен является использование локальной сети , связывающей две ЭВМ, с разделена функций между ними: одна ЭВМ управляет работой спектрометра и набор« информации, а вторая позволяет проводить в режиме "on line" анализ и обработ полученных данных, что дает "возможность, при необходимости, оперативнс вносить изменения в режим проведения эксперимента.

В шестом разделе рассматриваются вопросы обработки полученных даннь учета функции разрешения спектрометра, приводится алгоритм численнс интегрирования и обсуждаются вопросы корректности используемого подхода.

В главе 3 приводятся экспериментальные результаты и обсуждается их связ имеющимися в литературе данными об аномалиях макроскопических свойс наблюдаемых в кристаллах PMN.

Первый раздел этой главы посвящен результатам исследования неупруп рассеяния нейтронов на монокристаллах магнониобата свинца в температур» интервале ст ЗООК до 1100К. Поскольку подобные исследования зачастую треб значительного времени, то необходимо выбрать наиболее оптимальные уело; проведения эксперимента. С этой целью в параграфе 3.1.1 на основании имеюще "теоретической и ранее полученной экспериментальной информации о рассея! нейтронов на подобных соединениях проводится анализ .ожидаемых особенное неунругого и квазиупругого рассеяния на монокристаллах PMN. Рассматривай: вопросы темперагурной зависимости рассеяния, зависимости от узла обрат решетки и угла между вектором обратной решетки Т и приведенным волно! вектором q.

В параграфе 3.1.2 приводятся результаты по неупругому рассеянию, связан с поиском мягкой моды. На основании проведенного динамического структур! анализа ( о котором речь пойдет далее в параграфе 3.3.3 ) были определены вею

оляризации, что позволило выбрать оптимальные узлы обратной решетки дли роведения исследований по поиску мягкой моды. Для существовавших кспериментальных условий такими наиболее подходящими узлами, где можно было жидать максимальный неупругий фактор для мягкой моды, были узлы (221) и (300). (ополнительным преимуществом проведения измерений вблизи этих узлов была 1алость неупругого структурного фактора для акустических фононов, так как в дгашоволновом приближении интенсивность такого рассеяния пропорциональна пругому структурному фактору, который для отражений типа (чет чет нечет) в убической перовскитоподобной структуре оказывается минимальным. )ксперименты проводились на трехосных нейтронных спектрометрах Ш20 ИХ,Гренобль,1Франция) и Н7 (ВЫЬ, США). На рис.1 приведены наблюдаемые пектры неупругого рассеяния нейтронов при температурах 880К, 750К и 650К в очке обратного пространства (3,-0,05 0). Хорошо видно, что при температуре :80К наблюдается ярко выраженный фононный резонанс при энергии »бмэВ. 1онижение температуры приводит к смещению положения пика в сторону меньших нергий, он становится менее ярко выраженным, а при 650К набяюдаегся уже только I виде прилива. Исследование ч-зависимости при различных температурах выше >50К показало, что сегнетоактивная мода наблюдается только в окрестности центра юны Бриллюэпа и становится передемпфированной при больших ч. Полученные ¡езультаты проанализированы в рамках модели взаимодействующих мод. При юнижении температуры ниже 650К наблюдается резкое возрастанием генсивности митрального пика (СР), ширина которого определяется только аппаратурным эазрешением, а интенсивность монотонно возрастает при дальнейшем понижении температуры . На рис.2 приведена температурная зависимость интенсивности СР для «мерений при <2 = (2 0,95 0,. Температурно-независящая часть рассеяния ¡три высоких (выше 650К) температурах является фоном и связана с упругим иекогерентным рассеянием на образце-и с рассеянием на конструкционных элементах окружения образца. Появление центрального пика обычно связывается с кроссовером от режима смещения (мягкой моды) к режиму порядок-беспорядок или с появлением кластеров-предшественников.

Совершенно очевидно, что наличие такого взаимодействия должно привод:! > ¡,, как минимум, к искажению формы ТА фонона. В щцшрафс. V| .Л. приводя юя результаты исследования поведения некойгичесын фомоноп »Гтьн ■••..> • ими

: чо-

fitcZ Ттфщр«*¡e&Kwto» штиси&юсяь

цещзашсго тиши ширш/и Тпфснсш(2}

пкЬ.Ъмперстршл,jalumocm rafcmempci k¡шичкиео рассеяния и пухнща с((сн явка)

-и-

узлов обратной решетки. При высокой температуре наблюдались хорошо выраженные фононные пики, но даже при температуре 900К эти пики сопровождались (как и следовало бы ожидать при наличии спаривания) дополнительными приливами, положение и интенсивность которых сильно зависела от вектора обратной решетки"?. При понижении температуры приливы становятся все более ярко выраженными» при этом экспериментально наблюдается довольно сильная q-зaвиcимocть: при уменьшении q величина прилива возрастает. При температурах ниже 650К ширина ТА фонона начинает возрастать ( кривая 2 на рис.2) и при ЗООК плечо и основной пик полностью сливаются. Из рис.2 также видно, что появление СР сопровождается возрастанием ширины ТА фонона. Поскольку . обнаруженные эффекты достаточно необычны, то представляло шгтерес провести исследования ТА фононов в области малых я, где существуют теоретические предсказания затухания фонона как функции величины ч и температуры [I]. Исследования проводились на спектрометрах "Нейтрон-3" и 4Р1(1ХВ, Сакле,Франция) при q от 0,05а* до 0,12а* в первом случае и от 0,02а* до 0,12а* ( а* -параметр обратной решетки) во втором. Экспериментальные данные обрабатывались как сумма двух затухающих фононов, свернутых с функцией разрешения спектрометра. Обработка полученных данных показала, что значение константы затухания Г при высоких температурах много меньше энергетического разрешения. При температуре ниже 650К появляется сильное затухание поперечных акустических фононов С законом Г-^4. Ниже 500К нам не удалось разложить эксперименталытае данные на сумму двух пиков, так как,несмотря на малые я, ТА пики и сопутствующее плечо практически сливались и результаты г-цгонки становились неоднозначными. Даже при 500К подобную процедуру обработки удалось провести только до я-0,08а*. Полученная зависимость ширины Г от величины я может быть объяснена, согласно соображениям, изложенным в работе [1], наличием высокой концентрации статических дефектов в магнониобате свинца.

В разделе3.2 рассматриваются результаты исследования монокристаллов РМИ на у-дифрактометре, расположенном в ПИЯФ(г Гатчина), в котором в качеств-; источника у-излучения с длиной волны 0,03А использовался активированный нейтронами изотоп 198Аи (Е=4|2 кэВ, АЛА 5 10-« при ЗООК). Монокристаллы Р!^ предварительно тестировались на этом приборе с целью определения мозаичности образцов и проверки их на блочность. Все использованные в дальнейшем кристаллы

имели ширину качания,не превышающую 40". На следующем этапе проводились измерения интегрального коэффициента отражения для рефлексов семейств (ЬОО) и (ЬЬО) при 293К. В результате исследований было обнаружено, что наблюдается пересечение зависимостей этих коэффициентов д м семейств типа (2Ь 0 0) и (2Ь+1 0 0) при 8Ш0/Х«О,85, что является интересным экспериментальным фактом, так как в пероскитоподобных кубических кристаллах отражения типа (21) 2к 21) обладают максимально возможным структурным фахтором, равным сумме соответствующих амплитуд рассеяния, т.е. всегда большим, чем отражения с любой другой четностью. Полученные результаты можно объяснить,только предположив наличие в кристалле случайных статических смещений ионов свинца относительно идеальных кристаллографических позиций. В рамках такого предположения удалось оценить величину таких смещений, которая составила 0,291 А и которая хорошо совпадает с соответствующей величиной, полученной из анализа рассеяния рентгеновских лучей на подобном образце в рамках модели сферического слоя [2],

Раздел 3.3 посвящен изучению брогговского и диффузного рассеяния нейтронов и рентгеновских лучей при различных режимах приложения электрического поля к образцу. В параграфе 3.3.1 рассматриваются и обсуждаются результаты, полученные в нулевом поле. При исследовании неупругого рассеяния при температурах ниже 650К вблизи ряда узлов обратной решетки было обнаружено интенсивное квазиупругое рассеяние, ширина которого при всех температурах определялась энергетическим разрешением. Более детальные исследования зависимости этого рассеяния от волнового вектора показали, что в РМИ существует рассеяние двух типов. Вблизи узлов типа (2Ь 0 0) (например,(20О), (400)) наблюдается продольнре, слабо растущее с повышением температуры хуанговское рассеяние на упругих деформациях решетки. Вблизи узлов типа (211+1 2к+1 21) (например, (110), (330)) наблюдалось рассеяние, имеющее совершенно другой вид: с ростом температуры его интенсивность резко уменьшалась, а изоинтенсивностные линии были вытянуты в направлении, перпендикулярном вектору рассеяния, причем форма линий близка к лемнискогоподобным. Поперечный характер рассеяния особенно отчетливо проявлялся на двумерных распределениях, полученных на нейтронном дифрактометре ДН-2 и при рассеянии синхротронного излучения. Такая форма у температурная зависимость позволяют однозначно связать этот тип рассеяния с

-в-

рассеянием на сегнетофлуктуациях, так как известно что продольные флуктуации в сегнетоэлектриках сильно подавлены кулоновским взаимодействием.

Были проведены измерения импульсной зависимости интенсивности поперечного квазиупругого рассеяния при различных температурах вблизи различных узлов. Форма полученных экспериментальных кривых хорошо описывается формулой Орнштейна - Цернике I(q)=Io/(q2+tc2), где I(q) - интенсивность рассеяния в зависимости от приведенного волнового вектора q, к2- квадрат обратного радиуса корреляций, а 1о - пиковая интенсивность рассеяния. Экспериментальные данные обрабатывались по методу наименьших квадратов, при этом проводилась процедура свертки с аппаратурным разрешением. Полученные температурные зависимости величин к2 и произведения 1сис2 приведены на рис.3. Как известно в случае рассеяния на обычных термодинамических флуктуациях параметра порядка это произведение должно оставаться постоянным. Из рис.3 хорошо видно, что вплоть до температуры «320К зависимость к2^ хорошо описывается линейным законом k2^ ~ (Т-Тс) с ТС~300К. Ниже 320К начинается отклонение от линейной зависимости и при температуре ниже 230К величина к2{Т) практически не зависит от температуры. Зависимость 1о(Т) при температуре выше 320К описывается законом Юори-Вейса с тем же значением темг^ратуры Кюри, что и для зависимости к3(Т). Ниже 320К наблюдается постепенное отклонение зависимости от указанного закона, а ниже 230К наблюдается линейный рост пиковой интенсивности при дальнейшем понижении температуры. Следует обратить внимание на поведение произведения 1о-к2 . Выше 230К ?то произведение с точностью до статистических ошибок остается постоянным, однако ниже згой температуры величина 1о»к2 линейно расгет при дальнейшем понижении температуры. Подобное поведение параметров критического рассеяния наблюдалось при изучении фазовых переходов в магнетиках со случайными полями и возвратных (reentrant) спин-стекольных переходов, однако в обоих этих случаях возникает дополнительный вклад в рассеяние, обусловленный рассеянием на конфигурационных флуктуациях. Зависимость этого дополнительного рассеяния от приведенного золнового вектора описывается выражением fw„r ~B/(q2j-K2)2, и в общем случае интенсивность критического рассеяния должна описываться формулой типа i(q)~C/(q2+K2)°, где <х>2. В экспериментах по рассеянию нейтронов такого повышения степени мы не наблюдали, однако детальные

чц-

исследования температурной зависимости критического рассеяния, проведенные на источнике синхротронного рассеяния, показали что при этой же температуре (-230К) происходит резкое изменение закона рассеяния (вставка на рис.3): при температуре выше 230К интенсивность пропорциональна величине ц •гзл , а ниже -Я":7. Такое изменение закона рассеяния свидетельствует об изменении пространственной организации (фрактальной размерности) исследуемой системы. Различие между величиной параметра а , наблюдаемой при температуре выше 230К при рассеянии нейтронов (а=2) и сихротронного излучения (а=2,32), может быть связано как с недостаточно высоким разрешением в нейтронных экспериментах, таге и с тем соображением, что при проведении упругого сканирования на трехосном спектрометре измеряется только квазиупругая часть рассеяния, в то время как при рассеянии рентгеновских лучей полученные данные соответствуют интегральной по энергии интенсивности, которая отражает статическую восприимчивость исследуемой системы.

.В параграфе 3.3.3 рассматриваются вопросы динамического структурного анализа, для проведения которого были измерены интенсивности критического рассеяния в окрестности 16 узлов обратной решетки. Полученный набор интенсивностей обрабатывался по методу наименьших квадратов, причем при обработке вводился поправочный множитель в соответствии с ранее упоминавшейся моделью сферического слоя [2] для распределения случайных сгатическлх смещений ионов свинца. Смещения всех ионов нормировались на величину смещений ионов РЬ2+ . Варьируемыми параметрами были соответствующие величины смещений, факторы Дебая-Валлера и нормирующий параметр - интенсивность рассеяния вблизи узла (100): Полученные в результате обработки величины относительных смещений приведены в таблице. При обработке амплитуда рассеяния Ьмы для центрального иона рассчитывалась в соответствии со стехиометрией Ьми=1/3 Ьм(+2/3 Ьмь, а смещения дащ центральных ионов полагались одинаковыми. .

Таблица

5рь Ямы 5<»о 6»о

1 0,18 -0,738 -0,549

Величины факторов Дебая-Валлера для ионов РЬ2+ и 1\^2+/НЪ5+ , полученные в результате обработки, совпадают с приведенными в работе [2], а для О1-

соответствующая величина на 5% больше. Данные значения и форма смещений (антипараллельный сдвиг катионов и анионов) определяют диполыю-актнвную моду, но следует отметить в данном случае сегнетоактисными являются не центральные ионы, а ионы свинца, занимающие места в А-подрешетке.

Параграф 3.3.4 носвящен результатам исследования интенсивности эрэгтовского и диффузного рассеяния при приложении внешнего электрического толя, при этом направление вектора £ было близко к направлению [110]. Полученные результаты показали, что электрическое поле существенно влияет как ta интенсивности рассеяния, так и на их температурную зависимость. Так,в полях ленее ~1,бкВ/см величины интенсивностей не изменялись, при больших значениях Е тачинался рост интенсизностей брэгтозского рассеяния и одновременно мблюдалось уменьшение интенсивности критического рассеяния. Проведенные на ЦН-2 дополнительные исследования показали, что наблодаемьш рост брэгговского >ассеяния не связан с изменением экстинкции под действием поля, а связан с 'порядочением полярных смещений ионов в магнониобате свинца. При понижении -емпературы ниже температуры фризинга ( «2301С) отчетливо проявлялся пороговый :арактер зависимости интенсивностей брэггоп-.кого и критического рассеяния с inop»i,6кВ/см. Приложение электрического поля с напряженностью более бкВ/см [риводило к практически полному подавлению критического рассеяния ( при этом вменялась и q-зависимосгь интенсивности рассеянчя от I(q)-l/q2 к Kq^-l/q1'5), а !нтенсивкость брэгговского рассеяния выходила на насыщение.

В параграфе 3.3.5 приведены результаты исследования влияния предыстории бразца на интенсивность брэгговского и диффузного рассеяния, поскольку именно ависимости этих интенсивностей от режима приложения поля являются ринципнальными для понимания природы возникающего низкотемпературного остояния. Все измерения проводились в следующих режимах:

1. Охлаждение и измерение в нулевом поле.

2. Приложение электрического поля при комнатной температуре, охлаждение и измерение в электрическом поле (аналог field cooled (FC) измерений при исследовании спиновых стекол).

3. Охлаждение до определенной заданной температуры, затем включение поля и проведение измерений в этом поле ( аналог zero fVsld cooied (ZFC) режима)

Измерения диффузного рассеяния проводились при ч=0,02а* вблизи узла (330); такое значение ч было выбрано из соображений максимально возможной интенсивности диффузного рассеяния и пренебрежимо малого вклада брзгговского рассеяния. После каждого измерения проводился отогрев образца до «450К, при которой образец выдерживался 1-2 часа до полного восстановления исходного состояния образца (контроль проводился по восстановлению интенсивностей брзгговского рассеяния). На температурной зависимости интенсивности диффузного рассеяния в нулевом поле каких-либо аномалий обнаружено не было, а наблюдался монотонный рост интенсивности вплоть до предельной температуры 90К, при которой проводились измерения. При охлаждении в режиме ГС картина наблюдаемого рассеяния радикально изменялась: интенсивность рассеяния резко ослабевала и на кривой появлялся широкий максимум при температуре 240К. При охлаждении в режиме гГС до температуры Ти»205К кривые ГС и ЙГС практически совпадают, однако ниже этой температуры они расходятся. Здесь следует отметить, что ниже ШОК приложение электрического поля к образцу, предварительно охлажденному до этой температуры без поля (¿ГС-режим), не влияет на интенсивность диффузного рассеяния. Аналогичные эффекты влияния режима охлаждения и приложения электрического поля были обнаружены и при исследовании поведения брэгтовских отражений, в частности ,отражения (400), правда,эффект расщепления кривых ЯС и гГС проявлялся при Т9 «240К, которая ьыше, чем при исследовании диффузного рассеяния. Это различие в Т8 может быть обусловлено как физическими причинами, приводящими к тому, что наблюдаемые необратимые процессы при исследованиях, связанных с конечным конкретным значением q, что соответствует конкретному пространственному масштабу, и при брэгговском рассеянии, определямом корреляцией положений ионов на бесконечном расстоянии, начинают проявляться при различных температурах, так и тем фактом, что измерение диффузного рассеяния занимает на два,порядка больше времени, чем измерение брэгговской интенсивности, причем во время измерения происходит изменение соответствующей интенсивности. Наблюдаемые проявления необратимых процессов позволяют поставить вопрос о возможной неэргодичности данной системы, которая должна проявляться как наличие логарифмической долговременной релаксации интенсивности рассеяния. Такой специальный эксперимент был проведен на спектрометре "Нейтрон-З" , в котором исследовалась зависимость интенсивности

брэгговского отражения (400) от времени, прошедшего с момента приложения поля к образцу, предварительно охлажденному без поля до заданной температуры. При всех исследованных температурах зависимость I(t) имеет логарифмический вид, что характерно для неэргодических систем и указывает на существование очень большого логарифмически равномерно распределенного набора времен релаксации.

В заключении содержатся основные результаты работы.

.1. Впервые в PMN экспериментально обнаружена мягкая мода, исследованы особенности ее поведения и показано; что ниже 650К появляется сильное затухание поперечных акустических фононов с законом q4 с одновременным возникновением интенсивного квазиупругого рассеяния, возрастающего при дальнейшем понижении температуры.

2. Экспериментально исследована температурная зависимость ширины некритических ТА фононов и показано, что наблюдаемое уширение может быть связано с наличием высокой концентрации статических дефектов в PMN.

3. На основании анализа данных по рассеянию у-излучеияя показано наличие случайных по величине и направлению статических смещений ионов свинца.

4. Впервые в кристалле PMN исследована температурная зависимость радиуса корреляций сегнетофлуктуаций, показано, что фазовый переход в состояние с дальним порядком не происходит вплоть до температуры 90К.

5. BnspBwi при исследовании рассеяния синхротронного излучения на монокристалле PMN экспериментально установлен факт изменени закона рассеяния (фрактальной размерности) при температуре 23СК.

6. В результате проведенного динамического структурного анализа при температуре 293К определены форма и величина полярных смещений ионов.

7. Впервые экспериментально исследована температурная зависимость интенсивносгей брэгговского и диффузного рассеяний нейтронов и рентгеновского излучения при различных режимах приложения электрического поля, обнаружены расщепление кривых FC и ZFC (зависимость от предыстории образца) и долговременная логарифмическая релаксация. Показано, что при температуре ниже 230К происходит ФП в стеклоподобное состояние.

488. Созданы оборудование и методика для проведения измерений при низких температурах и при различных режимах приложения электрического поля к образцу.

На заключительном этапе работа осуществлялась при поддержке РФФИ (грант 95-02-04065) и программы "Нейтронные исследования вещества"( грант 95109).

СПИСОК ЦИТИРОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. Кривоглаз М.А. Теория рассеяния рентгеновских лучей и тепловых нейтронов реальными кристаллами. // М., Наука, 1967,336с.

2. S. Vakhrushev, S.Zhukov, G.Fetisov and Chemyshov II J.Phys.: Condens. Matter 6 ( 1994) p.4021-4027.

СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Вахрушев С.Б., Квятковский Б.Е., Набережнов A.A., Малышева P.C., Окунева Н.М.,

Сырников П.П. Исследование рассеяния нейтронов на сегнетофлуктуациях в сегнетоэлектриках с размытым переходом И Известия АН.СССР (серия физическая) т.51, N. 12,1987,сс.2142-21.45.

2. Vakhrushev S.B., Kvyatkovsky В.Е., Naberezhnov A.A., Okuneva N.M., Toperverg B.P.

Neutron scattering from disordered perovskite-iike crystals and ghssy phenomena // Physica B,l 989 v.156^157,p.90-92 .

3. Вахрушев С.Б., Квятковский Б.Е., Набережнов A.A., Малышева P.C., Окунева H.M., ___Сырников П.П. Исследование рассеяния нейтронов на сегнетофлуктуациях в

сегнетоэлектриках о размытым переходом // Тез. докл. 11-ой Всесоюзной конференции по физике сегнегозлектриков.Черновцы, 1986, с.264.

4. Vakhrushev S.B., Kvyatkovsky В.Е., Naberezhnov A.A., Okuneva N.M., Toperverg B.P

Glassy phenomena in disordered perovskite-iike crystals // Ferroelectrics,1989, v.90 p. 173176 .

5. Вахрушев С.Б., Набережнов A.A., Окунева Н.М., Топерверг Б.П. Сегнетофлуктуации,случайные поля и стеклоподобное понелгиие в разупорядоченных перовскитоподобных кристаллах IФТИ АН СССР, Препринт 1440. Л., 1990,32 с.

496. Вахрушев С.Б., Набережнов АЛ., Топерверг Б.П. Влияние электрического поля на рассеяние нейтронов я магнониобате сзинца //Тез. докл. J2-ой Всесоюзной конференции по физике сегнетоэлехтриков Ростов-на-Дону, 19S9, с.!70.

7. Вахрушев СБ., Колла Е.В., Королева Е.Ю.. Набережнов А.А., Окунева Н.М., Топерверг Б.П. Исследование фазовых превращений в разупорядоченкых кислородно-октаэдрических кристаллах // Тез. докл. 13-ой конференции гю физике сегнетоэлектриков Тверь. 1992, с.45.

8. E.V. Colla, E.Yu.Koroleva.Naberezhnov А.А., Okuneva N.M The lead magnoniobate behavior in applied electric field // Ferroelectricsl1994l v. !5I p.337-342 .

9. Vakhrushev S.B., Kvyatkovsky B.E., Naberezhnov A.A., Okuneva N.M., Toperverg П.Г.

Neutron scattering from disordered perovskile-Iike crystals and gla-^y phenomena // Proceedings of International conference on neutron scattering France, Grenoble^^S, p.pi-31.

10. Вахрушев С.Б., Набережнов А.А., Окунева Н.М., Сэвенко Б.Г1. Определение векторов поляризации в магнониобате свинца. // <t>TT>l995,T.37)N.12 с.65-73.

11. Вахрушев С.Б., Набережнов А.А., Окунева Н.М.,Савенко Б.П. Структура и динамика сегнетоэлехтриков-релаксоров// Тез. докл. 13-ого Совещания по использованию нейтронов в физике твердого тела. Зеленогорск , 1995, с.98.

12. S.B.Vakhrushev , A.A.Naberezhnov, N.M.Okuneva, Y.P.Feng, S.K.Sinlia, T.Egami and D.E.Moncton Combined neutron and synchrotron radiation scattering sliidy of lead magnoniobate relaxor ferroelectric II Abstract Fifth Russian-Japanese symposium on fenoelectricity. Moscow ,1994,p.40.

Отпечатано n типографии ПИЯФ

Зак. 236, тир. 100, уч..изд. л. I; 10/111-19% г. Беснчатно