Низкочастотные диэлектрические свойства магнониобата свинца в области размытого фазового перехода тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.07 ВАК РФ

О ^ •'' • " РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ НАУК ФИЗИКО-ТЕХНИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ им. А.Ф.Иоффе

На правах рукописи

КОРОЛЕВА Екатерина Юрьевна

НИЗКОЧАСТОТНЫЕ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА МАГНОНИОБАТА СВИНЦА В ОБЛАСТИ РАЗМЫТОГО ФАЗОВОГО ПЕРЕХОДА/01.04.07 — физика твердого тела /

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Санкт-Петербург 1998 г..

Работа выполнена в физико-техническом институте им. А.Ф.Иоффе Российской академии наук.

I (аучный руководитель - кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник С.Б.Вахрушев.

Оффмциальные оппоненты - доктор физико-математических наук, главнь»

научный сотрудник В.А.Боков; кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник Б.П.Топервсрг.

Ведущая организация - Санкт-Петербургский государственный технический университет.

Защита состоится 1998 г. в ю часов

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

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке физико-технического института им. А.Ф.Иоффе РАН.

1998 г.

Автореферат разослан

Ученый секретарь специализированного ¿^сйИ'*__—

совета К 003.23.02, кандидат физ.-мат. наук /Ьахолдин СИ.

- 3 -

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ.

Актуальность работы. Начиная с пионерских работ Г.А.Смоленского, сег-нетоэлектрики с размытыми фазовыми переходами, за которыми в последние годы закрепилось название сегнетоэлектрики- релаксоры, активно изучаются уже более 40 лет. Повышенный интерес к данным соединениям обусловлен рядом их необычных, а зачастую и уникальных, физических свойств, которые находят в последнее время все большее практическое применение (многослойные керамические конденсаторы, микропозиционеры в туннельных микроскопах, поверхностно-активные зеркала, волоконно-оптические датчики, дисплеи и т.п.). Отличительными особенностями релаксоров являются наличие широкого частотно-зависимого максимума диэлектрической проницаемости и значительная частотная дисперсия в температурной области ниже этого максимума, а также гигантская величина диэлектрической проницаемости в широком температурном интервале. Особенно ярко релаксорное поведение проявляется в смешанных сегнетоэлектрических соединениях, в частности, в разупорядоченных перовскитоподобных кристаллах с общей формулой А'[_уА"уВ'хВ"|.хОз с изо- и неизовалентными ионами в кристаллографически эквивалентных позициях А- и В- подрешеток. Магнониобат свинца (РЫ^дМЬг/зОз (РМТ^)) часто рассматривается в качестве модельного объекта для изучения физических свойств релаксоров. К настоящему времени накоплен обширный эксперимэнтальный материал, подробно изучены макроскопические свойства РМЫ, однако, микроскопическая природа наблюдаемых аномалий физических свойств, в частности, природа возникающего низкотемпературного состояния, и вопрос о существовании в системе кооперативного замораживания до сих пор остаются до конца не выясненными. В связи с этим представляет интерес проведение диэлектрических исследований в низкотемпературной области, причем особенно низкочастотных исследований, так как известно, что с понижением температуры резко возрастает среднее время релаксации системы.

Целью работы явилось изучение физической природы низкотемпературного состояния РМЫ, в том числе исследование спектра времен релаксации и его поведения в низкотемпературной области, изучение процессов разрушения

низкотемпературной фазы внешним электрическим полем и уточнение Е-Т фазовой диаграммы, изучение свойств индуцированного полем сегнетоэлек-трического состояния на основе результатов низкочастотных исследований динамического диэлектрического отклика РМЫ в отсутствие внешних смещающих электрических полей и при различных режимах их приложения, а также изучение релаксационных процессов в РМН

Научная новизна. Впервые проведены исследования диэлектрических свойств РМЫ в диапазоне инфранизких частот (до 10"3 Гц). На основе анализа спектра времен релаксации впервые была сделана оценка и получена температурная зависимость среднего времени релаксации системы. Обнаружен новый низкочастотный механизм диэлектрических потерь, возникающий при температурах ниже Тг. Впервые исследовано поведение нелинейных компонент динамического диэлектрического отклика в смещающих электрических полях, что позволило уточнить вид Е-Т-фазовой диаграммы. Впервые изучена кинетика фазового перехода первого рода в режиме приложения внешнего смещающего электрического поля к охлажденному без поля образцу. Науч но-п ра ктнческая дна чимость. Проведенные в данной работе исследования позволяют существенно расширить имеющуюся информацию о процессах диэлектрической релаксации в модельном релаксоре РМЫ и их эволюции в процессе замораживания. Изучение нелинейного отклика в смещающих электрических полях позволяет разделить эффекты, относящиеся к переходам в стеклоподобное и упорядоченное сегнетоэлектрическое состояния. Полученные результаты представляют интерес как для разработки новых материалов с подобными свойствами, так и для понимания природы подобных аномалий в других соединениях. Разработанная методика проведения низко-и инфранизкочастотных исследований линейной и нелинейной комплексной диэлектрической проницаемости в широком диапазоне температур может быть использована всеми организациями, заинтересованными в проведении подобных исследований. Защищаемые положения:

♦ определение вида обобщенного спектра диэлектрических потерь РМТЧ в области температуры замораживания непосредственно из экспериментальных данных, а также получение температурной зависимости среднего врс -

мени релаксации системы на основе анализа полученного спектра;

♦ обнаружение нового низкочастотного механизма релаксации в PMN, возникающего при температурах ниже температуры замораживания;

♦ обнаружение фазового перехода из стеклоподобного состояния в индуцированное сегнетоэлектрическое при приложении постоянного электрического поля к предварительно охлажденному без поля образцу;

♦ получение вида температурных и полевых зависимостей времени «перехода» т на основе изучения кинетики фазового перехода в индуцированное сегнетоэлектрическое состояние при приложении постоянного электрического поля к предварительно охлажденному без поля образцу;

♦ создание экспериментальной, установки для исследования поведения как линейной, так и нелинейной компонент комплексной диэлектрической проницаемости материалов в области низких и инфранизких частот в широком интервале температур.

Апробация работы ч публикации.

" Основные результаты работы докладывались на 13-ой (Тверь, 1992 г.) и 14-ой (Иваново, 1995 г.) Всесоюзных конференциях по физике сегнетоэлек-фиков, the fcighth International Meeting of Ferroelectricity (IMF8) (Maryland, LTSA, 1993), на XIII-ом совещании по использованию нейтронов в физике гвердого тела (Санкт-Петербург, 1995), the Eighth European Meeting on Ferroelectricity (Nijmegen, Netherlands, 1995),Intemational Seminar on P.elaxor Ferroe-lectrics (Dubna, Russia, 1996), International Symposium о l Ferroic Domains, [SFD4 (Vienna, Austria, 1996), на научных семинарах отдела сегнетоэлектри-чества ФТИ и: \ А.Ф.Иоффе РАН.

По материалам диссертации опубликовано 12 печатных работ. Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения и списка-цитируемой литературы. Она содержит 150 страниц, включая 65 рисунков. В списке лигературы 85 источников.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ.

Во введении обосновывается актуальность, научная и практическая значимость и новизна работы, сформулирована цель работы, приведены ос

повные научные результаты, выносимые на защиту.

Первая глава состоит из двух частей. Первая часть посвящена обзору существующих к настоящему моменту данных диэлектрических исследований, а также имеющихся экспериментальных данных, полученных при исследовании свойств РМЫ оптическими и акустическими методами, методами рассеяния нейтронов и рентгеновских лучей как в отсутствие внешних смещающих электрических полей, так и при различных режимах их приложения. Показано, что магнониобат свинца обладает типичными для релаксоров физическими свойствами. Его высокотемпературная фаза является кубической с пространственной группой РтЗт. Температурная зависимость вещественной части диэлектрической проницаемости РММ имеет широкий максимум вблизи 270 К, который охватывает температурную область в несколько десятков градусов, однако, состояние с дальним сегнетоэлектрическим порядком не возникает. Нейтронные и рентгеновские исследования структуры показывают, что вплоть до температуры 5 К структура остается кубической, однако, начиная с температуры примерно 600 К, существуют случайные как по величине, так и по направлению смещения ионов свинца из их высокосимметричных позиций.

Вторая часть посвящена обзору существующих теоретических моделей, используемых для описания наблюдаемых аномалий. Существенный прогресс в понимании ряда наблюдаемых аномалий низкотемпературных свойств релаксоров достигнут в рамках модели дипольного стекла (построенной по аналогии с моделью спиновых стекол для разупорядоченных ферромагнетиков), которая рассматривает размытый фазовый переход как переход в'стеклоподобное состояние. Однако наличие в разупорядоченных сег-нетоэлектриках случайных электрических полей, которые генерируются заряженными дефектами структуры, делает ситуацию значительно более сложной, чем ситуация в спиновых стеклах и в магнетиках со случайными полями, и для адекватного описания всего комплекса наблюдаемых физических свойств, по-видимому, требуется учет влияния этих случайных электрических полей. В целом глава носит обзорный характер.

Вторая глава посвящена описанию экспериментальной установки и методике проведения измерений. Для проведения низкочастотных диэлек-

трических исследований была создана полностью автоматизированная установка для измерения как линейной, так и нелинейных компонент комплексной диэлектрической проницаемости сегнетоэлектриков в широком диапазоне температур. В основе ее работы лежит спектральный анализ токового отклика исследуемого объекта при приложении к нему синусоидального напряжения. Достоинством этой методики является то, что она позволяет работать с нелинейными объектами и исследовать как основную, так и высшие гармоники диэлектрического отклика. Гармонический анализ токового отклика в данной установке осуществляется цифровым образом с помощью быстрого срурье-преобразования. Для термостабилизации образца используется ЭВМ, подключенная к локальной компьютерной сети. Для работы в интервале температур 4,2+450 К использован специально сконструированный азотно-гелиевый криостат. Измерение температуры осуществляется с помощью термопары либо германиевого термометра, а ее регулировка - с помощью резистивного нагревателя, помещенного в криостат. Диапазон рабочих частот созданной экспериментальной установки - 10'3 -г- 103 Гц. Минимальная дискретность измерительной частоты - 10~3 Гц. Максимальное число гармоник - 128. Погрешность измерения абсолютной величины комплексной диэлектрической проницаемости составляет не более 0.2 %. Абсолютная погрешность поддержания температуры в области 77+400 К не превышает 0.05 К. Установка позволяет проводить исследования при приложении к исследуемому образцу постоянных смещающих электрических полей, а также проводить исследования комплексной диэлектрической проницаемости в реальном масштабе времени. Несомненным достоинством нашей установки, особенно существенным при проведении длительных измерений, является возможность ее работы в полностью автоматическом режиме.

Завершается вторая глава рассмотрением вопросов подготовки образцов к измерениям. Особенностям проведения конкретных экспериментов посвящены также первые разделы экспериментальных глав (см. раздел 3.2, 4.2, 5.2)

В третьей главе приведены результаты исследования диэлектрических свойств монокристалла магнониобата свинца на низких и инфра-низких измерительных частотах в области размытого фазового перехода. По-

скольку при исследовании нелинейных объектов величина измерительного поля может сказывать существенное влияние на результаты экспериментов, параграф 3.3.1 посвящен выбору амплитуды измерительного поля, которая обеспечивала бы нам положение рабочей точки на линейном участке амплитудной зависимости 8. В параграфе 3.3.2 анализируются экспериментальные температурные зависимости б' и с" монокристалла PMN на разных измерительных частотах для трех основных направлений приложения измерительного поля - (100], [ПО] и [111]. Температурная зависимость е', представленная на рис.1, имеет широкий максимум при температурах вблизи 270 К, положение и величина которого зависят от частоты. В низкотемпературной области наблюдается сильная частотная дисперсия. Положения максимумов е' и б" (см. вставку) в исследованном частотном диапазоне подчиняются закону Аррениуса, однако, как и в случае спиновых стекол, получаемые параметры не имеют физического смысла. Такое поведение диэлектрической проницаемости характерно для всех релаксоров и было подробно изучено ранее для PMN на частотах выше 0.1 Гц, однако, в данной частотной области исследовалось впервые. Подобие экспериментальных зависимостей для различных ориентации кристалла (как качественное, так и количественное) позволило говорить об отсутствии заметной анизотропии линейного диэлектрического отклика PMN в исследованной области. Проведение измерений в инфранизкочастотной области позволило впервые обнаружить немонотонную зависимость амплитуды максимума мнимой части диэлектрической проницаемости при изменении измерительной частоты (см. рис.1). В экспериментах, проведенных ранее на более высоких частотах, наблюдаемая амплитуда максимума монотонно падала с уменьшением измерительной частоты (и, соответственно, с понижением температуры, при которой этот максимум возникает), что указывало на достаточно быстрое увеличение ширины релаксационного спектра. Обнаруженный нами рост амплитуды максимума с" при уменьшении частоты ниже 1 Гц (т.е. при понижении ею температуры ниже 245 К) позволил предположить, что в этой температурной области ширина спектра практически стабилизируется.

Параграф 3.3.3 посвящен исследованию спектра времен релаксации магнониобага свинца. Используя экспериментальные д-.нныс с' и с", была

32 28 24 20 16

12

&

4 0

150

250 300

т,к

350

- Шк - Р=3 тШ

- - к=о.1 т

- Ш ^ -

Ш А " г=10Нг

§ Л» - ¥=56 Лг

. • 1 1 1 > • • . 1 .. .... < 1 .... 1 ... .

200

250

300

350

т,к

400

Рис.1 Экспериментальные температурные зависимости вещественной е' и мнимой е" частей диэлектрической проницаемости РМЫ на различных измерительных частотах ( на вставке показаны частотные зависимости положений максимумов е'е").

проверена выполнимость соотношения Крамерса-Кронига и показано, что РМЫ имеет логарифмически широкий спектр времен релаксации не только при низких температурах, но даже и при температурах выше температуры максимума размытого фазового перехода. В случае такого спектра, с точностью до частотно независимого члена л/2-е0(Т), е"(о)) соответствует спектральной функции g(к>1T). Таким образом, непосредственно из дисперсионных кривых была получена информация о релаксационном спектре. Чтобы сравнить вид спектра при разных температурах, дисперсионные зависимости, максимум которых попадал в наше измерительное частотное окно, были нормированы на амплитуду е"„1ах и частоту соо этого максимума. Прекрасное совпадение кривых на перекрывающихся участках позволило нам говорить о, по крайней мере,очень слабом изменении формы спектра в данной температурной области и экстраполировать данную процедуру за ее пределы, где е"П1ач и со0 выступали в качестве подгоночных параметров. Каждая вновь добавляемая дисперсионная кривая перекрывалась, по крайней мере, в 80% точек с «обобщенной», что дало нам основание говорить о корректности данной процедуры. Полученный обобщенный спектр диэлектрических потерь РМЫ для температурной области 240^-265 К представлен на рис.2. Его форма хорошо описывается эмпирическим выражением е"(о))=[(ы/сооГ+(о)/сооУ"Т\ где оба крыла спектра подчиняются степенным законам с показателями ш« 0,4 и п-Ы -0,04, соответственно. Как было показано в работе Йоншира [1], зависимость е"~ со"'1 является универсальным законом диэлектрического отклика. Величины наклонов правого и левого крыльев не зависят друг от друга и соответствуют, по-видимому, разным физическим процессам. Полная ширина полученного нами спектра на половине высоты составляет около десяти порядков частоты (заметим, что ширина де-баевского спектра составляет в логарифмическом масштабе 1,144 декады частоты). Подобный сильно асимметричный и очень широкий пик наблюдается во многих полимерах и стеклах и называется в литературе дипольным Р-пиком. Форма релаксационного спектра РМЫ хорошо описывается дипольным Р- пиком до температур порядка 240 К, а затем вид спектра начинает меняться, то есть спектр становится температурно-зависимым. Анализ низкотемпературных дисперсионных кривых показал, что в области инфраниз-

Рис.2.0бобщенный спектр времен релаксации РММ.

.10

ш 235К. •

.05 244К ^ Г ■ ^ » PMN <100> "

0.00 Л , 190<Т<240 К

ч® -.05 - -

ы

с- -.10 - 1

"со -.15 _ со"'1 >

-.20 -

-.25 -

-.30

0 12 3 4 5 6 7 Рис.3. Низкотемпературные изменения спектра времен релаксации.

ких частот (со<1 Гц) они начинают отклоняться ог универсального закона диэлектрического отклика е"~ и"'1, причем величина этого отклонения сначала растет при понижении температуры, а при Т< 230 К стабилизируется. Высокочастотные участки кривых (со>1 Гц) продолжают следовать универсальному закону с тем же показателем п-1 «-0,04, что и для более высоких температур (см. рис.3). Наблюдаемое изменение спектра может быть объяснено появлением дополнительного инфранизкочастотного механизма релаксации при температурах ниже 230 К. Сделанный вывод хорошо согласуется с результатами работы [2], в которой было обнаружено изменение фрактальной размерности сегнетофлуктуаций при температурах Т< 240 К. При этом следует отметить сходство вида температурных зависимостей фрактальной размерности и величины отклонения б" от (3- кривой.

В ходе получения обобщенной кривой потерь была определена температурная зависимость наиболее вероятной частоты спектра времен релаксации РМЫ. Обнаружено, что, начиная примерно с 230 К, о)0 практически перестает зависеть от температуры при значении ~5-10'5 Гц, то есть временной масштаб системы'«замораживается». Следует отметить также, что при этих же температурах происходит замораживание и пространственного масштаба системы [3].

В параграфе 3.3.4 приведены результаты исследования нелинейного диэлектрического отклика магнониобата свинца. Получены экспериментальные температурные зависимости нечетных гармоник диэлектрического отклика, подтверждено отсутствие его четных гармоник. На температурной зависимости амплитуды третьей гармоники с3 наблюдается пик, положение ко-горого близко к положению максимума линейных компонент диэлектрического отклика, но его ширина значительно меньше. Наблюдаемый при температурах ниже Ттах значительный разброс данных можно связать с появлением а системе при низких температурах 1/ш - шума, который является следствием логарифмически широкого спектра времен релаксации. Поведение высокотемпературного крыла с3(Т) описывается критической зависимостью вида С/(Т-Тс)*, с параметрами С=!478, Тс~233 К и у«2,86. Подобное поведение характерно для третьей гармоники магнитной восприимчивости спиновых стекол, где оно связывается с расходимостью параметра Эдпардса- Ли-

дерсена в точке фазового перехода в состояние спинового стекла. Межлу тем, ряд фактов указывает на то, что низкотемпературное состояние PMN не является «хорошим» стеклом. С целью прояснения картины наблюдаемых явлений было предпринято сравнение экспериментально наблюдаемого поведения динамического нелинейного отклика в температурной области 260+290 К, в которой отсутствует частотная дисперсия, что позволяет использовать квазистатическое приближение, с ожидаемым его ходом в случае выполнения гипотезы статического скейлинга. На основании экспериментальных температурных зависимостей линейной проницаемости и квадрата обратного радиуса корреляции сегнетофлуктуаций [3] была сделана оценка зависимости е3, которая хорошо согласуется с экспериментально измеренной. Отсутствие существенного превышения экспериментальной зависимости над полученной теоретической оценкой показало, что в области температур 260+290 К определяющими в формировании Ез являются флуктуации поляризации.

Четвертая глава посвящена исследованию влияния постоянных электрических полей на свойства магнониобата свинца для выяснения вопроса об эргодичности и устойчивости низкотемпературной стеклоподобной фазы. В параграфе 4.3.1 приведены экспериментальные температурные зависимости е' и е" для нескольких значении смещающих полей (от 0 до 5,5 кВ/см), приложенных к исследуемому кристаллу в направлении (100) и (111) в режиме FC. Показано, что приложение электрического поля в направлении (100) (вплоть до величин порядка 5,5 кВ/см) приводит к монотонному с ростом величины поля уменьшению динамической проницаемости как выше, так и ниже температуры максимума размытого фазового перехода. Принципиально другой характер поведения наблюдается при приложении поля в направлении (111). Приложение полей вплоть до 5,5 кВ/см не оказывает сколь- нибудь заметного влияния на поведение диэлектрической проницаемости выше температуры максимума. Ниже температуры максимума приложение полей величиной меньше порогового значения Е,~1,б кВ/см также не изменяет температурного хода диэлектрического отклика, в то время как при приложении больших нолей характер наблюдаемых зависимостей резко меняется. Как уже отмечалось рядом авторов, на кривых е'(Т) и е"(Т) появляется дополни-

тельная особенность, сначала в виде излома на низкотемпературной части основного максимума, который превращается с ростом поля в дополнительный пик, причем при увеличении амплитуды поля его положение смещается по температуре к Ттах и при полях =4,5 кВ/см он замещает основной максимум. Частотная дисперсия положения индуцированного полем пика отсутствует. Ряд физических свойств, которыми обладает РМЫ при температурах ниже этого индуцированного пика, в том числе макроскопическая доменная структура и остаточная поляризация, дают основание говорить о возникновении в кристалле индуцированного сегнетоэлектрического состояния.

Помимо линейных компонент диэлектрического отклика, было проанализировано поведение его высших гармоник. Этому вопросу посвящен параграф 4.3.2. Получены экспериментальные температурные зависимости второй и третьей гармоник диэлектрического отклика. Данные кривые имеют существенно более резкие максимумы, чем линейные компоненты, причем низкотемпературное крыло максимума второй гармоники и высокотемпературное крыло максимума третьей гармоники хорошо описываются критическими зависимостями, а температуры этих максимумов отличаются на несколько десятков градусов. Анализ поведения динамической проницаемости Бз(Т) показал, что ниже 250 К существенно увеличивается вклад "стекольной" проницаемости, сопряженной параметру порядка Эдвардса-Андерсена. Это позволило нам связать расходимость третьей гармоники диэлектрического отклика РМЫ с переходом в стеклоподобное состояние, в то время как резкое увеличение амплитуды второй гармоники свидетельствует о переходе системы в полярное состояние. Таким образом, из анализа положений пиков четных и нечетных гармоник диэлектрического отклика при различных амплитудах смещающего электрического поля были получены линии в координатах Е-Т, соответствующие переходам в стеклоподобное и индуцированное сегнетоэлектрическое состояние РМЫ.

Параграф 4.3.3 посвящен более детальному анализу свойств индуцированного полярного состояния. Существенное уменьшение частотной дисперсии е'(Т) ниже температуры индуцированного полем пика и выполнение для низкотемпературного крыла этого пика закона Кюри-Вейсса дало нам основания рассматривать возникающее состояние как сегнетоэлектрическое. Од-

нако, отмечено также не полное исчезновение частотной дисперсии ниже Т„„ что согласуется с результатами рентгеновской дифракции [4] и позволяет утверждать, что возникающее индуцированное состояние не является полностью равновесным, в нем сохраняется заметная релаксация.

Параграф 4.3.4 посвящен исследованию устойчивости индуцированной сегнетоэлектрической фазы в режиме отогрева образца после его охлаждения в поле величиной больше критического. Показано, что положение индуцированного пика при таком режиме приложения поля не совпадает с его положением при охлаждении в поле. Отмечено, что при отогреве в нулевом поле низкотемпературное крыло индуцированного пика хорошо описывается критической зависимостью вида СУ(Т-Тк) (т.е. подчиняется закону Кюри-Вейсса) и в точке перехода наблюдается скачок диэлектрической проницаемости. Такое поведение, а также существующий температурный гистерезис положения максимума е' подтверждают предположение о том, что наблюдаемый фазовый переход имеет черты, характерные для фазовых переходов первого рода. Исследование процессов деполяризации в режиме отогрева в поле показало обычное для сегнетоэлектрических переходов первого рода влияние внешнего электрического поля на поведение е'- с ростом поля температура перехода в стеклоподобное состояние увеличивается. Деполяризация РМЫ в процессе отогрева сопровождается восстановлением характерных признаков стеклоподобного состояния: логарифмической частотной дисперсии диэлектрической проницаемости, ненулевых потерь и т.п.

На основании результатов этих экспериментов была получена линия устойчивости индуцированной сегнетоэлектрической фазы на Е-Т-фазовой диаграмме РМЫ. Суммируя все полученные результаты, была построена Е-Т-фазовая диаграмма- магнониобата свинца, анализу которой посвящен параграф 4.3.5 (рис.4).

Глава 5 посвящена исследованию релаксационных процессов в РКГЫ при приложении к нему смещающего электрического поля в неэргодической стеклоподобной фазе. Получены экспериментальные временные зависимости как линейной, так и нелинейных частей комплексной диэлектрической проницаемости на измерительной частоте 10 Гц в низкотемпературной области (160-г 230 К) при различных величинах смещающих электрических полей

S 4

о >

Ы

GLorFE / GL

„LIjj ifcni L> > ■< <Л, iJ.u. i

160

180

200 220 T(K)

рис. 4. E-T фазовая диаграмма PMN.

240 260

3.5

—е-е-ваээе^шш

T=175 К E=3 kV/cm

4-I--M 11 H--1-1-■ -I 1 1 1П -!-!■

w .4

^—i—tin i i I ■ .1.—i—H-+4++

10'

i02

T, s

105

Рис.5. Временные зависимости f', z" и t, при T= 175 К и Е=3 кВ'см.

(0-И.5 кВ/см), анализу которых посвящен параграф 5.3.1. Показано, что включение поля приводит к медленной, близкой к логарифмической, релаксации диэлектрической проницаемости (см. рис.5 для Е=3 кВ/см и Т=175 К). Затем, в момент времени т. после включения поля обе компоненты е' и е" претерпевают скачкообразное изменение до величин, несколько отличающихся от их равновесных значений, полученных в режиме охлаждения в поле (при Т=175 К т~400с). Скачок линейных компонент сопровождается резким увеличением амплитуды второй гармоники, отражающим переход в полярное состояние. Однако, достигнутое полярное состояние тоже не является полностью равновесным, так как при временах,больших т,наблк>дается дальнейшая,близкая к логарифмической релаксация линейных компонент диэлектрического отклика с другим наклоном, причем е' стремится к своему равновесному значению, а е"- к нулю.

В параграфе 5.3,2 анализируются экспериментальные температурные и полевые зависимости "времени перехода" т. Повышение температуры так же, как и рост поля, приводят к резкому уменьшению времени т. Показано, что зависимость т от температуры имеет активационный вид. Однако, изменение величины смещающего поля приводит к изменению и наклона кривой и предэкспоненты, более того, увеличение амплитуды поля приводит к росту наклона, то есть энергии активации. Это может быть объяснено тем, что энергия активации зависит не только от величины поля Е, чо и от расстояния до перехода, то есть является функцией (Т-ТГО(Е))Г. Полученное значение энергии активации Еа~0,5 эВ сравнимо с энергией смещающего электрического поля, приходящейся на корреляционный объем РМЫ.

В заключении приведены основные результаты работы: *•* Впервые непосредственно из экспериментальных данных е"(ю) был получен обобщенный спектр диэлектрических потерь магнониобата свинца в области температуры замораживания, а из его анализа температурная зависимость среднего времени релаксации. ❖ Обнаружен новый низкочастотный механизм релаксации, возникающий вблизи температуры замораживания. •> Впервые изучено поведение нелинейной восприимчивости магнониобата свинца. В результате анализа температурной зависимости

амплитуды третьей гармоники диэлектрического отклика удалось установить выполнение скейлинговой зависимости в квазистатическом режиме.

* Впервые исследовано поведение нелинейных компонент динамического диэлектрического отклика PMN в смещающих электрических полях, что позволило уточнить вид Е-Т^фазовой диаграммы. Впервые детально изучена кинетика фазового перехода в индуцированное сегнетоэлектрическое состояние при приложении смещающего поля к предварительно охлажденному без поля образцу. Показано, что приложение поля приводит к логарифмической релаксации е' и г", затем, спустя время т,происходит фазовый переход из стекло-подобного в индуцированное сегнетоэлектрическое состояние, которое само по себе не является полностью равновесным, так как в нем сохраняется заметная логарифмическая релаксация е' и г".

♦> Определены температурная и полевая зависимости времени «перехода» т.

❖ Создана полностью автоматизированная установка для исследования диэлектрических свойств материалов в температурной области 5- 500 К, работающая в низко- и инфранизкочастотном диапазоне.

СПИСОК ЦИТИРОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ.

1. A.K.Jonscher. The Universal Dielectric Response: A Review of Data and Their New Interpretation.//Physics of thin films, v.2, p.206, 1980.

2. S.Vakhrushev, A.Nabereznov, S.K.Sinha et.al.//J.Phys.Chem Solids v.57, No. 10 (1996), p.1517.

3. S.Vakhrushev, A.Nabereznov, N.M.Okuneva et al.// Ferroelectrics 90 (1990), 173.

4. S. Vakhrusev, J.-M.K.iat and B.Dkhil // Solid State Communications, v.103, No8 (1997), p.477.

СПИСОК ОПУБЛИКОВАННЫХ РАБОТ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ:

1. Вахрушев С.Б., Колла Е.В., Королева Е.Ю., Р.Ф.Сураманов. Полно-

стыо автоматизированная установка для исследования диэлектрической проницаемости сегнетоэлектриков в области низких и сверхнизких частот (10"3-10' Гц). // Препринт ФТИ им. А.Ф.Иоффе № 1505, Ленинград, 1991 г.

2. Colla E.V., Koroleva E.Yu., Okuneva N.M., Vakhrushev S.B. Low frequency dielectric response of PbMgi^Ntb.jCh . // J.Phys.Condens. Matter, 4, pp. 3671-3677, 1992.

3. Вахрушев С.Б., Колла Е.В., Королева Е.Ю., Набережнов А.А., Окуне-ва Н.М., Топерверг Б.П. Исследование фазовых превращений в разу-порядоченных кислородно- октаэдрических кристаллах.// Тезисы 13-ой Всесоюзной конференции по физике сегнетоэлектриков, Тверь, т. 1,

стр.45,1992г.

4. Колла Е.В., Королева Е.Ю. Низкочастотный диэлектрический отклик в магнониобате свинца.// Тезисы 13-ой Всесоюзной конференции по физике сегнетоэлектриков, Тверь, т. 1 , стр.94, 1992г.

5. Colla E.V., Koroleva E.Yu., Nabereznov A.A. The possibility of the reentrant ferroelectric phase existence in relaxor ferroelectric and protnic glasses // Abstracts of Int. Seminar on superprotonic conductors, Dubna, p.37, 1993.

6. Colla E.V., Koroleva E.Yu., Okuneva N.M. The lead magnoniobate behavior in applied electric fields. // Ferroelectrics,151, pp. 337-342, 1994.

7. Colla E.V., Koroleva E.Yu., Vakhrushev S.B. Long-time relaxation of the dielectric responce in lead magnoniobate. // Phys.Rev.Lett., v. 74, № 9, pp. 1681-1684, 1995.

8. Вахрушев С.Б., Колла Е.В., Королева Е.Ю., Окунева Н.М. Индуцированный полем кинетический фазовый переход в монокристалле маг-нониобата свинца.// Тезисы докладов XIV конференции по физике сегнетоэлектриков, Иваново, 1995.

9. Colla E.V., Koroleva E.Yu., Vakhrushev S.B. Field induced kinetic ferroelectric phase transition in lead magnoniobate. // Ferroelectrics, 184, pp. 209-215, 1996.

10.Колла E.B., Королева Е.Ю., Вахрушев С.Б. Свойства индуцированной

полем сегнетоэлектрической фазы в монокристалле магнониобата свинца. //ФТТ, 38, №7, стр. 2183-2194, 1996. 1 l.Colla E.V., Koroleva E.Yu., Okuneva N.M., Vakhrushev S.B. The properties of the electric field induced ferroelectric phase in magnoniobate single crystal.// International Symposium on Ferroic Domains, ISFD4, Vienna, p. 108, 1996. 12. Colla E.V., Koroleva E.Yu., Okuneva N.M., Vakhrushev S.B., Kiat J.-M., Dkhil B. Thermodynamycs of field induced ferroelectrics phase transition in PbMgi/jNbMOj. IMF9 program and abstract book, Seoul, 1997.

Отпечатано в типографии 1ШЯФ 188350, Гатчина Ленинградской обл., Орлова роща Зак. 231,тир. 100,уч.-изд.л. I: 16.04.!99Кг.