Изучение ионной подвижности и упорядочения в кристаллах методами акустооптики тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.07 ВАК РФ

т 1 о г'

СДНКТ-ПЕТБРБУРГСККЛ ГССЯГДАРСТВЕКШ» УЙШРСЙШ

На правах рукописи

А.СРАР03 Щухрат Аббасовил

УДК 533.221

изучение ионной подвшосга к упорядочшм

В КРИСТАЛЛАХ МЕТОДАМИ АКУСТОСПТЙКК (01.04.07 — физика твердого тела)

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата фияико-мате:.;зтических наук

Санкт-Петербург 1992

Работа выполнена в Научно-исследовательском институте физики Санкт-Петербургского государственного университета.

Научьый руководитель: доктор физико-математических наук,

профессор Чарная Е.В.

Официальные оппоненты: доктор физико-математических наук,

профессор Илисавский Ю.З.,

доктор физико-математических наук, профессор Балов П.М.

Ведуцая организация - Днепропетровский государственный университет.

Зацита состоится " (О " 1992 г. в чао, на .

заседании специализированного совета Д 063.57.32 по защите диссертаций на соискание учёной степени доктора наук при Санкт-Петербургском государственном университете по адресу: 199054, Санкт-Петербург, Университетская наб., 7/9, ауд.85.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке СПбГУ.

Автореферат разослан '* ^О " 1{ 1992 г.

Учены." секретарь специализированного совета до:-л'оэ ■¿изнко-иатенатических наук,

профессор Соловьев З.А.

О V > " ■ ' . ;; я ПНЗЛаи!

- 3 -

ОШЯ ХАРИТЕРЕСТИКА РАБОШ

Актуальность теш. Исследование влияния несовершенства структура и ионной подвижности на различные свойства кристаллов занимает значительное место в современной физике твердого тела. Интерес к зтим проблемам связан, с одной стороны, с том, что вещества с" 'сложной структурой, в частности, твердые растворы, композиты, кристаллы с точечными к другими дефектами находят все больнее применение в современных областях приборостроения и технических устройства;:. Причем обеспечение оптимальных характеристик и получение материалов с заранее прогнозируемыми свойствами козет быть достигнуто на пути направленного изменения их дефектности. С другой сторону<зтй проблемы тесно соприкасаются с фундаментальными задачами физики разупо-рядоченнюс систем, суперионной проводимости, анализа роли дефектов, структурных фазовых переходов типа порядок-беспорядок, " высокотемпературной сверхпроводимости и т.п.

При этом прыжковая подвижность ионоз проявляется как з структуре смешанных кристаллов, приводя к определенному порядку замещения компонент в твердом растворе, так и в кинетических процессах ионной проводимости и неупругой релаксации.

В случае твердых моноктисталлических растворов хишгческгх элементов и соединений при варьировании содержания компонент плавно изменяются все физические параметры, от наиболее прос -тых (например, плотность или постоянная рекетки) до таких, как скорость и поглощение звука, теплопроводность и т.д. Это обусловливает широкое использование гаердах растворов на практике в качестве акустических линии задержек, лазерных материалов, в системах отклонения светового пучка и т.п. При формировании решетки смешанных кристаллов возможно возникновение нескольких предельных ситуаций, обусловленных характером размещения атомов компонент по узлам и зависящих от энергий взаимодействия атомов з кристалле. В случае полного отсутствия корреляции в заполнении узлоз атомами разного сорта возникает неупорядоченный твердей раствор. Кроме того, смешанный кристалл мояет обладать ""п^ниы порядком в расположении заметаемых компонент, при котором атомы компонент чередуются в строгой последовательности, И, наконец, может возникать ближний порядок, сеодя-

щяйся к тому, что атомами одного сорта выгоднее окружать себя . атомами того же самого идя другого сорта. Между этими крайними ситуациями возможны состояния частичного упорядочения. Возникновение элементов порядка в- определенной степени является функцией тепловой предыстории образцов. Причина такой зависимости состоит в изменении при нагревании или охлаждении соотношения менду энергиями атомной связи и хаотизирующим влиянием температуры. Возникновение элементов порядка сказывается на кинетике фоиоков, а вследствие этого и на коэффициентах теплопроводности и поглощения звука. С точки зрения оптимизации параметров технических материалов, в частности, материалов акустические линий задержек, представляется важным нахождение путей изменения времени жизни фононов и связанного с ним коэффициента поглощения звука в твердых растворах путем воздействия на степень их упорядочения за счет соответствующей температурной обработки. Задачи такого рода ранее не ставились.

Ионная подвижность, обусловленная примесями, собственными дефектами, плавлением ионной подрешетки, играет существенную роль в_ формировании многих физических свойств кристаллов. Важнейшими характеристиками движения ионов в твердых: телах являются энергия активации, частота прыжков ионов между положениями равновесия, колебательная частота ионов в положениях равновесия (частота попыток), длина прыжка иона, концентрация подвижных ионов. Прямую информацию об зтих параметрах получают,методами электропроводности по постоянному и переменному току, диэлектрической проницаемости и диэлектрических потерь. Используются также ЯМР, НИР, комбинационное рассеяние света, в ряде случаев рентгеновская спектроскопия и ультразвуковые метода, позволяющие исследовать ¡:ак делокализоианное ионное движение (связанное со сквозной проводимостью), так и локализованное движение (обуслав--ливэющее поляризационную проводимость). К достоинствам ультразвуковых методов относятся высокая чувствительность, исключение влияния контактных явлений, затрудняющих проведение электричес-. кик измерений, простота интерпретации результатов. Наличие ионной подвижности, главным образом, выражается в появлении релаксационных максимумов поглощения ЗЕука, возникающих вследствие акустоионного взаимодействия.

Ионная подвижность присуща не только монокристаллическим

объектам. Она тлеет место и в аморфных средах, композитах и керамиках. Недавно была обнаружена высокая подаяшостъ кислородных вакансий в высокотемпературной керамике УВа.гСа3£?х , в которой она коррелирует с величиной температуры перехода з сверхпроводящее состояние и со степенью не стехиометрии [I].

Залшой задачей, стоящей веред физикой твердого тела, является выявление ионной подоигсностл в новых материалах или з известных материалах, легированных примесями разного вида. Из сказанного выше следует, что акустические методы очень полезны при решении такс*-! задачи.

В качестве объектов исследования в настоящей работе были выбраны- твердые растворы КС8Х Вг,-Ж (0 < х £ I); кристаллы ?.'о-либдата свинца рёМоОу , номинально чистые, легирозанные ионами натрия с концентрациями О.Х и 0.3 мол.% и легированные ионами ниодима с концентрацией 0.3 мол.$; номинально чистке кристаллы гептагерманага лития I ¿г 6е,о,г и легирозанные натрием образца 1-илзь>».с,и&е,0,г ; керамика УВо.2Си30(.8 ; кристаллы нио-бата лития, номинально чистые и легированные ионами меда л хрома с концентрацией КГ* ввс.% я никеля с концентрацией I вес.£.

Смешанные кристаллы КС£х8г,^х, (0< х< I) образуют непрерывный ряд твердых растворов и используются, в частности, как материал для оптических фильтров. Акустические свойства ранее изучались только для крайних составов «се и кяг . Параллельно с автором диссертации смешанные кристаллы. КСёхвг,.х исследовались Б.Л.Тиманом с соавторш,га на предает применения в акустических линиях задержек. Влияете термообработки из акустические; свойства хлористо-бромистого калия на рассматривалось. Характер порядка в смешанных кристаллах КС 6 - К Иг, а такие влияние на него термообработки ранее не обсуздался.

Кристаллы молибдата свинца РИМоОч относятся к числу наиболее аяроко распространенных. Они используются в качестве акустооптнческого материала и в нелинейной оптике. В частности, для технических целей выращиваются молибдаты свинца, легированные иояани натрия и ниодима. Акустические и акустооптичсскне характеристики легированных кристаллов ранее не исследовалась. Ионная п^дв.^чость в легированных кристаллах не рассматривалась.

Кристаллы гептагерманата лития I;гб-е?О,г (¿¿О ) принадлежат ссг'илт гермэнатов лития. В ¿60 был обнаружен

- б -

структурный фазовый переход при температуре 284 К. Введение ионов Ыа, незначительно смещает точку фазового перехода в сторону низких температур. Исследования упругих свойств ¿.вО прэ-„вдественно относятся:'» области фазового.перехода. Яри температурах Быае комнатной акустические измерения не проводились. Еодвкг-шость ионоз лития ранее не обобщалась, хотя известно, что часть ионов лития в германатах при фазовом переходе проявляет поведение типа порядок-беспорядок.

В высокотемпературной сверхпроводящей керамике У&а.гСи30* сверхпроводящие свойства существенно коррелируют с кснцентравд-ей кислородные вакансий, зависящей от структурного параметрах. . Подвижность кислородных вакансий, в частности, энергия активации, возмокно, связана с теми особенностями строения высокотемпературных сверхпроводников, которые и обусловливают само явление ВТСП. Методы акустооптики к этим соединениям не применялись.

Кристаллы квобата лития ¿¡мёОз являются наиболее широко используемым материалом. Наличие разнообразных,дефектов структуры приводит к появлению в них релаксационных эффектов дефектной природы. Ранее [2] изучалось влияние нестэхиометрии на ре- ' лаксационше процессы и акустические свойства кристаллов ниоба-та лития. Влияние звздения примесей на высокотемпературное поглощение звука з кристаллах , отражающее ионную подвижность п изменение времени фононной релаксации в результате рассеяния ка примесях, практически не изучалось.

Цель диссертационной паботь' заключалась в исследовании акустических свойств перечисленных вйше объектов, связанных с характером упорядочения в смешанных кристаллах, с ионной под-ззгзюетьа и рассеянием фононов на примесях; определении их зависимости от условий получения, термообработки и примесного, состава изучаемых материалов; нахождении характеристик ионного движения по данным ультразвуковых измерений; разделении различна релаксационных процессов; проведении контрольных эксперименте.-, по влиянии термообработки на время лизни фононов в смешанных кристаллах.

В качестве оснозного метода исследовании'был зибран зкус-тооптическпй, который обладает необходимой з данном случае погмйг-чостьз гарьцрсзг.ть в спроком диапазоне частот? ультра- " чет оО до 12С0 ЦГч) и проводить измерения з иярокои пн- '

тервале температур (от комнатной до 700 °С). В отдельных случаях привлекалась акустическая импульсная' методика на прохождение для точных измерений скорости звука и методика тепловых импульсов дая измерения временя фононной релаксации.

Научная новизна. В диссертационной работе впервые били проведены измерения концентрационных и частотных зависимостей коэффициента поглощения продольных и сдвиговых золн, а такяе скорости звука в смешанных, кристаллах К СЕ*. Вг,-Х (0 < х£ I). Впервые было исследовано влияние термообработки на время эдзни фононов и коэффициент ахиезеровского поглощения звука в определенном интервале концентраций и дана интерпретацию этому г®оек-ту.

Впервые были исследованы акустические свойства я наблюдались релаксационные пики поглощения в легированных натрием кристаллах молкбдата свинца. Определены параметры ионного движения для различных релаксационных процессов. Измерены акустооптичес-кда коэффициенты в кристаллах молибдата свинца, легированных натрием и ниодамом.

Впервые провидены измерения частотных и температурных зависимостей поглощения ультразвука в чистых и легированных кристаллах ¿<'г£г, С/х . Обнаружены релаксационные пнкп поглощения в кристаллах гептагерманата лития, легированных и номинально чистых. Рассчитаны параметры движения ионов, соотнесенных с ионами лития.

Впервые методами акусгооптяки измерено возрастание поглощения ультразвука за счет движения вакансий в керамике ЧЬа.гСи3Обл . Определена энергия активации.

Измерены частотные зависимости поглощения звука в кристаллах ИДёОз , чистом и легированных. Обнаружено существенное изменение величин коэффициента поглощения в результате легирования.

Практическая ценность пзбоги связана с изучением сзопстз и особенностей структуры материалов, широко применяемых в современной технике, или перспективных для применения. Обнаруженная возможность варьирования коэффициентов поглощения звука в смешанных лрй'таллах ксе-квг вследствие изменения режимов термообработки существенна для оптимизации параметров акустических линий задержек не только этого материала. Обнаружение иояго."

подвгаюсти и определение ее параметров в кристаллах гептагер-маната лития и легированном натрием кристалле молибдата свинца позволяет дать рекомендации по применению этих материалов в тех областях, где их акустические характеристики, высокочастотная проводимость играют существенную роль.

Основные полояения, выносимые на защиту

1. Концентрационные зависимости коэффициентов поглощения продольного я поперечного звука в кристаллах КС£Х Bí t~jc

(О í х $ I). Частотные зависимости поглощения продольных и поперечных акустических волн. Концентрационные зависимости скорости продольного звука. Уменьшение коэффициента поглощения для промежуточных концентраций.

2. Изменение абсолютных значений коэффициентов поглощения продольного и поперечного ультразвука в зависимости от режимов охлаждения кристаллов КС£х от тетера туры 600 °С для области концентраций х ~ 0.7 - O.S. Независимость величины поглощения звука от рекимов термообработки вне этой области. Интерпретация эффекта в рамках модели рассеяния фононов на пространственных флуктуация* концентраций твердого раствора.

3. Изменение времени лизни фононов в зависимости от резгл-моз термообработки для твердых растворов КССх Вг ,-* при

х = 0.84, 0.92 и интерпретация этого эффекта в соответствии с п.2.

4. Обнаруженные релаксационные пики на температурных зависимостях коэффициентов поглощения-продольных ультр.-згуковше волн, распространяющихся вдоль оси . г кристаллов РёМоОч f легированных натрием. Расчет энергий активаций, частот, попыток.

. Анизотропия подвигаости ионов натрия. . .

5. Частотные и температурные зависимости коэффициентов поглощения продольных волн, распространяющихся вдоль кристаллографических направлений кристаллов Oír и

'¿ч íg Мз.0 О,у . Обнаруженные релаксационные пики поглощения. Расчеты s::epr:iíi активаций и частоты прыжкоз. Лити-егая природа а одной подзл^шостг..

С. Рост коэЯ'Пцаентг поглощения продольных акустических ?cer. з керги-нке )'Ьа.гСи306.г з зисокотекяерзт?рной области.

ак?г.зацгд пры-т-копого дзг..т.е;гля кислородных за-

7. Изменение) величины поглощения сдвиговых ультразвуковых волн в кристаллах Li/fSO) . легированных хромом, молью п никелем. Обнаружение подвижности ионов меда в кристалле ¿¡/^¿О^.Си

Апробация работы. Основные материалы диссертации докладывались и обсуждались на 1-м Советско-польской симпозиуме по сег-яетоэлектричеству (Львов, 19Э0), 15-й Всесоюзной конференции по акустоэлектроннко и физической акустике твердого тела (Ленинград, 1991), региональном семинаре "Структурно-дштампчес-кие процессы в неупорядоченное средах" (Самарканд, 1992), на семинарах отдела ФТП им. А.<Р. Иоффе АН Росспи и отдела КШ5 СПбГУ.

Публикации» По материалу диссертации опубликовало 5 работ, приведенных в конце автореферата.

Структура и объем работы. Диссертация состоят из введения, восьми глав, заключения и списка цитированной литературы из 102 наименования и содержит IIS страниц машинописного текста, 32 рисунка и 5 таблиц.

СОДБРШШВ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность и важность теш диссертационной работы, а такие выбор образцов для исследования, кратко сформулированы цель работы и положения, шносимке на защиту, характеризуется научная новизна и практическая ценность полученных результатов.

Первая глава поедставлпет собой обзор теоретических представлений о механизмах поглощения звука в идеальных кристаллах и в твердых растворах. Кратко излагаются положения, лежащие в основе описания мехатзыов поглощения звука Ахиезора п Ландау-Румера. Обсукдается модель поглощения низкочастотного звука, связанного с рассеянием тепловых Кононов на флуктуацн-ях масси и модулей .упругости, обусловленных флуктуация».?!] концентрации смсаанпих кристаллов [3], и роль элементов блжэтего н дальнего порядка замещения компонент в процессах фоновно*. релаксации.

Вторая глава содегетт анллиз механизмов взаимодействия акустических волн с подвигаoil иоинол подсистсмо.1 в нчпьс-зоолектричеекпх,кристаллах и для пепье;оактпв1п;х волн л пьезоэлектрических материалах. 3 рамках общего подхода для описания

акустоионного взаимодействия, обусловленного деформационным потенциалом (неупругой релаксацией), рассматривается проявление как делокализованного (миграционного) ионного двипения, так и локализованного (связанного с релаксационной проводимость®) движения аоноз.

3 третьей главе . описывается методика акустооптических измерений и рассматривается применявшаяся з работе экспериментальная установка. Акустооптический метод измерения абсолютных значений коэффициента поглощения и скорости ультразвуковых волн основывается на том, что при дифракции Брэгга света на звуке интенсивность дифрагированного светового пучка и угол дифракции зависят ст амплитуды и скорости акустической волны. При сканировании светового луча вдоль направления распространения звука могло, таким образом, измерять изменение амплитуды звука вследствие поглощения, что позволяет рассчитать величину коэффициента поглощения, а по измерениям угла Брэгга моззно найти скорость звука. Используемая в диссертации установка дазала возможность проводить измерения в диапазоне частот 50 - 1200 МГц.без использования резонатора для возбуждения акустических волн, что .упрощало настройку и регулировку частоты. Детально описывается ■ тчрмостатирующая камера собственной конструкции, позволяющая изменять температуру в диапазоне от комнатной до 700 °С с точностью термостабилизации от I до 2 К в зависимости от объема образцов. Обработка экспериментальных данных проводилась на пер сональном компьютере ДВК-Ш. В эакличеиии главы рассматривается методика обработки к приготовления образцов для исследования.

В четвертой главе диссертации приводятся результаты иссле дозажгГ; акустических сзо2ств кристаллов КСвх &г,.х (0 ^ хй I) 3 начале главы обсуждается связь структуры, смешанных кристаллов с соотношениями кезду энергия},!!! взаимодействия ато.моз компонент зозмоккые варианты ближнего и дальнего порядка замещения, а .так

.условия, необходимые для образования непрерывного ряда тзёр днх растворов. Смешанные кристаллы кс£~к&г имеют точечную симметрии т$т (пространственная группа о* ) во всем диапазоне концентраций х. Исследованные в работе образцы выращивались методе:.? "Чохральского из расплава и охлагдалдсь до комнатной температура з течение 3-4 чассз. Концентрация х кзмерялась для кристаллоз методом гла-меЕнсй сгектрофотсметрип;-

- II -

Частотные и концентрационные зависимости коэффициента поглощения продольных и поперечных акустических волн, распространявшееся вдоль кубической оси кристаллов, измерялись при комнатной температуре. Звуковые колебания возбуждались с помощью пьезопреобразователей из ниобата лития на нечетных гармониках. Для всех образцов коэффиценгн поглощения о£ как продольных, так и поперечных воля зависели от частоты -Ç по квадратичному закону в соответствии с механизмом Ахиезера, что дало зозмояностъ рассчитать отношение d/fz .На концентрационных зависимостях параметра сC/f2 для обеих поляризаций наблюдался мтттл при промежуточных значениях концентраций х. Однако этот минимум бал смещен от величины х - 0.5, отвечающей абсолютно неупорядоченному твердому раствору, в сторону больших значений х (рис.1), что указывает на наличие определенных элементов порядка замещения компонент. Уменьшение поглощегам в сметанных кристаллах по порядку величины одинаково для продол.-нкх и поперечных волн. Дополнительно проведенные измерения концентрационной зависимости температурного коэффициента скорости звука позволили исключить в уменьшении оL для промежуточных концентраций фактор изменения константы энгармонизма и показать доминирующую роль рассеяния фононов на пространственных неоднородностях смешанных кристаллов при соответствующих дисперсионных фононных характеристиках.

Поскольку,согласно измерениям концентрационной зависимости поглощения в смешанных кристаллах кс£х вг,~я , имеется тенденция к установлению элементов порядка, то на амплитуде флуктуаций концентраций мокет сказываться релим термообработки образцов..Для проверки такого предположения образцы выборочно нагревались до 600 °С, выдерживались при этой температуре 2 часа, а затем охлаждались до 20 °С в двух реетмах: медленно в течение 24 час. и с закалкой на воздухе. .Медленное охлаждение приводило к увеличении поглощёнля и продольного; и сдвигового ультразвука яри сохранении квадратичной частотно2 зависимости, а последующая захэлка знзизала уменьшение поглощения до первоначальных значений для образцов с х, лелацгзг в интервале 0.7 -- 0.9. (На рис.2 приведены, результаты измерений'для х = 0.34). ■ Для .образцов с х вне этого интервала, л в том числе для одао-компонйнтнь';: образцоз термообработка не влияла на величину

поглощения. Это свидетельствует об изменении в процессе термообработки для х л- о.7 - 0.9 составляющей времени фононной релаксации Т><у » связанной с рассеянием на флуктуация* смешанного кристалла, в соответствии с теоретической моделью [3]. Полученные акустическим методом данные о структурной податливости твердых растворов ках&г,.х в области 0.7 - 0.9 получили прямое подтверждение с помощью дополнительно проведенных измерений времени фононной релаксации на неоднородно-стях Т(и методом тепловых импульсов. Результаты этих исследований приведены в конце четвертой главы.

7

Уз

«У "

1

о

д,*-г

,'А»

«л

50 20

с> см

3 4 £ б Г Ци

Рис.2. Частотная зависимость коэффициента поглощения продольного .ультразвука Сх =0.84) I - после медленного охлаждения, 2 - первоначальное измерение, 3 - поело закалки.

О 02 ОА 06 Ой 10 X

Рис.1. Концентрационные зависимости коэффициентов поглощения продольного (а) я поперечного (б) .ультразвука в кристаллах ксех в г . I - до термообработки и после закалки, 2 - после медленного охлалдения.

В пятой главе рассматривается влияние примесей Ыл. и на акустические свойства кристаллов реМоО* и на величину акустооптического коэффициента. При измерении частотных и температурных зависимостей, коэффициентов поглощения продольных акустических волн, распространяющихся вдоль осой х и г номинально чистых и легированных кристаллов ыолибдата езинца, било обнаружено, что дпя волн, распространявшихся вдоль оси г по-' глощение в образце, легированном натрием, существенно превышает поглощение для остальных образцов. При этом на температур-

к

них зависимостях поглощения наблюдается несколько перекрывающихся релаксационных максимумов. Учитывая вероятную высокую подвижность примесных ионов натрия, релаксационные пики поглощения можно приписать акустоиокнсму взаимодействию. Используя выражение для коэффициента поглощения звука за счет акустоион-ного взаимодействия

, С иг 7

лсС !Т Т7Я*г* <х>

где С - константа, включающая число подвижных ионов, деформационный потенциал, плотность л скорость звука, и>= , 1 - время перескока иона, имеющее термоактивационную природу, с помощью акустических измерений были вычислены параметры С, энтальпия активации Н и предэкспоненциалышЛ фактор в аррениу-совском выражении для X для двух выделенных релаксационных процессов. Для объяснения аномально высокой частоты попыток привлекалось наличие энтропийного ыноялтеля в Т , существенного для процессов с относительно большой энтальпией Н. Ионы ниодима не сказываются заметным образом на величине поглощения ультразвука в кристаллах молибдата свинпэ. В заключении главы приводятся результаты измерения коэффициента акустооптического качества в легированных кристаллах, сведенные в таблице, а так-кв обсуждается соответствующая методика измерений.

В шестой главе, диссертации приведены результаты измерений высокотемпературных акустических свойств кристаллов гепта-германата лития (¿<?0), Как в номинально чистых, так и в легированных натрием кристаллах на температурных зависимостях^ (Т) были обнаружены релаксационные максимумы поглощения продольного ультразвука, распространяющегося вдоль кристаллографической оси г . На рис.3 приведены температурные зависимости коэффициента поглощения продольных акустических волн, распространяющихся здоль оси 2 легированного образца ¿СО , в части исследованного температурного диапазона. При этом поглощение продольного звука, распространяющегося в плоскости 2 , имело характерную для ахяезеровского механизма слабую температурную зависимость. В чистом ЮО отчетливо выделялись два релакс-з-циогашх пика, тогда как з легированном натрием образце проявляется только один пик. Интенсивность основшпс релаясацяошпг: п::~ коз 'имела одпн лопядок величины з частом и легированном крис-

таллах, что дало основание приписать избыточное поглощение, в совокупности с известными'данными о структуре германатоз ля тяя, акустоионновд взаимо действию с подвижной подсистемой ионов лития. Поскольку в исследованной температурной области (выше комнатной тешера-туры) кристаллы ¿GO и LGO:ff&- являются ие-пьезоэлектрнкашг (точечная симметрия mm т ), то релаксационное поглощение в них описывается выражением (I). По измерениям ос (Т) рассчитывались, ■ как и в главе 5, параметры С, энтальпия активации Н, частота попыток и оценивался энтропийный фактор. По этим данным теоретически вычислялась частотная зависимость коэффициента поглощения, хорошо описываю^ щая экспериментальные результаты.

В сздьмой главе диссертации проводятся данные по релаксационному поглощению звука в высокотемпературной керамике У£йг CuiOi.% • Была применена модификация акудтооптического метода на случай непрозрачной среда, в которой поглощение в керамике измерялось путем сравнения амплитуд звуковой волны в двух прозрачных звукопроводах, ыеаду которыми помещался исследуемый материал. На температурной кривой поглощения для частоты около 80 ИГц был обнаружен интенсивный пик поглощения с максимумом в области 180 °С, повторяющийся в ходе нескольких серий измерений. По левому крылу пика поглощения, используя выражение • (I) в приближении низких температур ( I), была рассчи--

тана энтальпия активации релаксационного процесса, а по положению иакскнума определена, частота попыток. При этом энтропийный мнояитель не вносил существенных ызыенеш;й в величину

Рис.3. 'Зависимости коэффициента • поглощения <¿3 от температуры в легированном кристалле ¿во:*а.. Сплошные линии - теоретический расчет по формуле (I).

предэиспоненцдального мноштъля в выражении дая 7 . В соответствии о существующими моделями структура ВТСП керамики и денными fl] сделан вывод о доминирующей ролл прыжков кислородных вакансий в формировании релаксационного пика.

В восьмой главе приведены результат исследований леги-. званных кристаллов L itfiOi в сравнении с номинально чис-1 ши образцами конгруэнтного состава. Обнаружено, что примеси хрома и никеля уменьшают абсолютные величины коэффициента поглощения сдвигового звука, распространяющегося вдоль оси кристаллов, не привода к отклонению от квадратичной частотной зависимости, присущей механизму Ахиезера. Такой результат интерпретируется в рамках уменьшения времени фононной релаксации пз~за рассеяния тепловых фононов на атомах примесных элементов. При этом сближение коэффициентов поглощения в чистом л легированном образцах с повышением температуры свидетельствует, по всей вероятности, об уменьшении относительной роли рассеяния на примесях. Легирование медью вызывает усиление поглощения поперечного звука, причем с повышением*температуры различие меяду чистым и легированным образцами увеличивается (рис.4)'. Учитывая палый размер ионов меди следует предположить, что рост поглощения в легированном медью кристалле нио-бата'литил связан с акуетоиотшм взаимодействием, причем, поскольку сдвиговая волна, распространяющаяся вдоль кристаллографической оси 2 , является непьезоактивной, .'. взаимодействие осуществляется по механизму деформационного потенциала. По акустическим данным была проведена оценка энтальпии активации Н ионного двигения на основе выранения (I) в приближении низких темпера-тур - левого крала пика поглощения, обусловленного лолвгяносгьв ионов меда.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И вывода

I. Измерены акустические параметры кристаллов KC£xßs,.x (О i « I). Показано, что в гаегаагошх кристаллах коэффициента поглощения продольной и сдаетовых акустических волн, распространяющихся вдоль кубической оси, прп комнатной температуре пропорциональны язедрэту частоты в соответствии с механизмом Ачнезера. IIa концентрационных зависимостях ЕозлТищеп-тоз гог^од'ениа 8а?яа пб.грптт, ¿яшиг.'гльного поглсгог-дл.

Благодаря исследований скоростей' продольных волн и тгмператтр-

■ як коэффициентов скорости доказан доминирующий вклад в ум®ь-шение поглощения для промежуточных концентраций рассеяния тепловых фононов на иеоднородаостяк структуры.

0.5 йЧ 0.3 0.2

оС1 М см

о-2

о ° |.в

50

т

150

200 Т°С

Рис.4. Температурная зависимость коэффициента поглощения сдвиговых волн в кристаллах ¿¿//¿о* чистом (I) и легированном медью (2) на частоте 480 МГц.

2. Обнаружена возможность изменять величину коэффициентов поглощения звука в кристаллах кс£х&1>-х. для промежуточной области концентраций 0.7 - 0.9 варьированием теплового, режима обработки образцов. Результаты интерпретируются в рамках модели рассеяния тепловых фононов на пространственных фдуктуациях концентрации твердого раствора. Теоретическая мо-' дель подтверкдена прямыми экспериментами по измерению времени яизни фононов методом тепловых импульсов.

3. Измерены частотные и температурные зависимости акустических волн, распространяющихся вдоль кристаллографических осей х и г кристаллов молибдата свинца р&м.оОч » номинально чистых и легированных ионами натрия и ниодима до концентрации 0.1 и 0.3 ыоа.%. Показано, что, для ЕС0Х образцов поглощение волн, распространяющихся вдоль оси х* определяется механизмом Ахиезёра. Обнаружены релаксационные пики поглощения волны, распространяющихся вдоль направления г , в образце, легированном натрием. Аномалии поглощения в этом случае интерпретируются в рамках представлений об акустоиотюм взаимодействии через деформационный потенциал. Проведены теорети-

ческие расчеты энтальпий активации ионного движения, частот попыток. Оценена роль энтропийного фактора. Измерена коэффициенты акустооптвческой добротности в легированных образцах ыо-либдата свинца.

4. Проведены измерения частотных и температурных зависимостей коэффициентов поглощения продольных акустических волн, распространяющихся вдоль кристаллографических направлений кристаллов ген таге рманата лития ¿.¿г Ge^Ots , номинально чистых и легированных ионами натрия. Показано, что для волй, распространяющихся в плоскости z . поглощение определяется механизмом Ахиезера. Выявлена ионная подвижность по литию вдоль г - на- ' правления гептагерманата лития, проявляющаяся в избыточном релаксационном поглощении в области высоких температур ультразвуковых волн, распространявдихся вдоль оси г . Рассчитаны энтальпии актизатдая ионного движения и частоты попыток. Оценена роль энтропийного фактора. Показано, что роль примеси натрия сводится к изменению параметров движения ионов лития.■

5. Измерена температурная зависимость коэффициента поглощения продольной акустической волны в керамике ?ва.гСи3о6.ъ . Показано наличие релаксационного пика, связываемого с прылками кислородных вакансий. Рассчитана энтальпия активации и частота попыток.

6. Исследованы зависимости величины поглощения сдвиговкх акустических волн, распространяющихся вдоль оси 2 кристаллов ниобата лития LiN&Oz > QT характера вводиг.шх примесей. Обнаружено избнточное поглощение ультразвука з кристаллах LitfSOi, легированных медью, котброе интерпретируется в рамках акусто-ионного взаимодействия непвезоактпвной волны с подлинной подсистемой ионов меди. Определена энтальпия октивации щткозого движения ноноз меди.

Основные результаты диссертации опубликованы в след-,тощих работах:

I. Асрароз И.А., Дроздова О.В., Борисов Б.Ф., Коляго С.О., Кульшов A.A., Яасыров А.Н., парная Е.В. Акустические свойства смещенных кристаллов ксехвг,-ж • IS90, Т.32. В.II. С.3210-3213.

2. Асоаров Ш. А , ЕФиценко П.Г., Кулешов А.А., Часная Е.В. Роль ближнего порядка в изменении скорости фононной релаксации

в твердых растворах . Тез. докл. ХУ Всес. кдаЛ по

акустоэлектронике и физической акустике твердого тела. Ленинград. 129Т. 4.2. а60-61-

3. Асраров III. А., Иванов С.Р., Чарная Е.В., Хазанов Е. К.Динамика элементов ближнего порядка в твердых растворах. Тез. докл. на региональном семинаре "Структурно-динамические процессы в неупорядоченных средах". Самарканд.' 1262. С.24.

4. Асраоов Ш. А», Ахмедасанов Ф.Р. , Чарная е.З. Затухание высокочастотных акустических ваян в кристаллах ниобата лития с примесями. Тез. докл. Со-ветско- польского симпозиума по физика сегнетоэлекгриков и родственных материалов. Львов. 1990. С. 61.

5. Аср&ров Ш.А., 'Чарная Е.В., Ахмеджанов ф.Р., Воробьев В.В., -'' Габриэлян В. Т. Ионная подвижность в кристаллах Р&МоОу , легированных натрием. ФТТ. 1992. Т. 34. В. 7. С.251-354.

ЛИТЕРАТОРА

1. Леманов В.В.».Шерман А. В., Андрианов Г. 0. ,5ргашев И. Ультразвуковые аномалии в У во. г Сиз Ох : Фазовый переход или дефекта ?. ФТТ. 1990. Т. 32. В. 7. С. 2161-2164.

2. Нассар М.Ы., Борисов Б.Ф., парная Е.В., Габриэлян В. Т. Акустическиэ исследования ионного транспорта в пьезоэлектрических кристаллах тетрабората к киобата лития. Вестник ЛГУ. Сер. 4. Физика,Химия. 1991. В.1. И 2. С. 256-253.

3. Врицекко Т.Ю., "¡Тарная Е.В. Фононная релаксация, теплопроводность и- затухание ультразвука в частично упорядоченных смешанных кристаллах. Ф1Т. 1950. Т. 32. С. 2*36-2440.

РТП 1ШФ,зак.738,тир. 100,/ч.-иэд.л.0,9; 14Д-1992г, Бесплатно ,