Процессы релаксации макроскопической поляризации в кристаллах триглицинсульфата тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.07 ВАК РФ

ВОРОНЕЖСКИ!' ОРДЕНА ЛЕНИНА ГОСУДАРСТВЕННА УШЗЕРСИТБТ ИМЕНИ ЛШГПСКОГО КОМСОМОЛА

На правах руиопяся

СЕРДЖ Ольга Михайловна

- УЖ 537.226.4

ПРОЦЕССЫ РЕЛАКСАЦИИ МАКРОСКОПИЧЕСКСЙ- ПОЛЯРИЗАЦИИ В КРИСТАЛЛАХ ТРИГЛИЦИНСУЛЬЗАТА

01.04.07 - физика твердого тела

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание учено!! степени кандидата физяко-математяческпх наук

Воронел - 1988

Диссертационная работа выполнено в Воронежском ордеЙа Ленина государственном университете имЛенинского комсомола.

Научный руководитель: кандидат ¿[изико-ыатемахнчесглх наук, доцент КАМИХЕВА Л .11.

Официальные оппоненты: доктор £изнко-матеиагическнх наук,

профессор Гркднев С.А.

кандидат физико-математических наук, . доцент Золототрубов Ю.С.

Ведущая организация: Днепропетровский государственный университет имени 300-летия Воссоединения Украина с Россией.

арцита диссертации состоится " II » 1988 г.

в часов ¿О минут на заседании специализированного

совета К063.48.02 при Воронежском государственном университете им .Ленинского комсомола по адресу: 394693, Воронеж, Университетская пл., I, ВГУ.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке В1У.

Автореферат разослан " ^ " ИС^^ 1938 г.

Ученый секретарь специализированного совета К063.48.02, доктор физико-математических наук

а

И .В .Копытнн

Актуальность теми. Сегнетозлектрические кристаллы в езду уп!-?алыюсти своих (Тчзических свойств наши широкое прнминеюю в гауке и технике и являются' объектом Пристального ппзуснзя псс.-;п-итвтелей. Помимо йрактй"ческ<и?о зиачейкя и'сследсвпиио сг.сГ.ст ■> :егнетоэлектрпков имеет и теоретическая шгёерос, иоскол:.,^' " шляет рассмотреть такие аспекты сегнетозлейтрлчсо? з п, "ог{=:г- • шглш для. развзтйя других разделов (Тпгчкя твердого

Существенное влияние на дпэлоктраческко, упруг:?. <• ■.-; г ■епловиз и другие своЛсгга сэгнетозлектрлка оказнппс г -с---г • •труктура, возникаидач в нрлствлле при переходе чср» > . • •

Реальная доменная структура в отсутстгле внстатгс е«.**:-.'.: • оепсп? от гелого ряда фгнстороз, например, условпЛ г,;пг. ••!Г.г:' ч растеллп, ;тлсугстг.ля в но.'! депонтов различного ирслсуя'.:" ■>••.'• •

Для гхсл'едсзЕплл сзоПсгв доменной структур» з изстс-гу:» ■■ I приглл'лчеся разнообразные прям® г.'сгодн. Однако сип ипт: остнко мрапячеиЕЯ, связаюше с позмогккостьо кпплеил.ч до:-: • • 1 зргшш лгз на поверхности крясталла. Косвенные "етоди по:-": с исслодсрать статические и дпнтпчссхие с* о:!стпэ денной

грукт;гпч ;хч па гелг.рхке-ехг: • :ч (.:.;.'.........

люсни), тек и п его объе.мо (даолектрачеекгл диснсрсгл, ц„ т; переключения). Одним из косвенных методов изучения дпт ШХ свойств домоиной структур)! ЯПЛЯОТСЛ Г'ОТОЧ •.' ' •

• еллчче:. .; погл'л. оюг гттод 1Ч?'"'Ч:.:Ч ; ■ ■. ■ • )вкеин!1х ззшсиуостеЯ дпплзктр.ччзегей пгенпцгчч'пг;. м-1'".'. • л» дяаг.сятрич еск:, нчччч-'чссччл: лочеч'- ч ^?„Ч'ЧЧ тр. ■ ч-,г-. азанг.;-. с глкросчсчччсс ч.:,; г с:' -Ч'С'л;::;:: ¡фкелзлл- ;/■":■■: ч " | состоччлл разнслесля вг-елте.;.: г-озд^йствиеи.

К исчату пгстсггей рпСо.-л I. хч'Л апгксчастолюй рслг>; .ч > ч тфоскспчческой по.чтрлзадч:'. по пелучлл дгрекого г. лчеч-.л-ч? сяедозс.тш сзойстн дсмзхчтсЛ стчуктург с?п:?т(<.:дг.,тг-'" •

четлвлов. Г.'опщу гсч пспслчзсчпл':ч 'чечч ■ ■ .............

змол'посп в исследования" сччУг'ч ;'0'чч:чч;

Цель ;; згггачн олбетп. Целг-п г:ла:ч:'ч " ; ч ' ментальное исслсдолонпе дг!':?чтч" ч.ч

1№К ис!.ишально члетого, тек л юд ••• > • ч1

0ЯСХСЯДСК1Я ;фисталла ИХЧЛ: ' . -

зких св"':с7з дсчс1;но;5 схрул^рн ;;рог:;ч": -

ста и проводимости, статического пироу^амричесаэго коэффициенте Изучались также некоторые особенности воз!и:кноьенля г. изменена внутреннего поля во врегени и в суккгаи от те.тпературц. В соответствии с постязленной целью репплпсь слодугае задачи:

- изучение медленных процессов релаксапдк макроскопической поляризации но.уинально чистого кристалла ТГС, выведенного из состояния равновесия внепнам олектрпческг.м полем;

- исследование влияния дефектов (прпкзсных и радиационных) па то гл процессы;

- выявление некоторых свойств внутреннего поля и его роли в процессах релаксин;;'! поляризации;

- сспосгавлекке полученных оксяориксвхаяышх результатов с 1 ,оретпчески!,:,: представлениям;' о кинетике и динсл'лкь доменной структуры в си» тсэлжхрпдлх.

.'ДС-оин''. 3 ; иччгсм объекта гсолздоваицй бил выбран •¿р:'.глиц;глсу.-1..5:т - Т1С -• ; .-.глп-сг.сл ссрг.-ула ^Н^СН^ООН^-Н^Оц - одноосный сегнетоолектргл: с ¿азовим переходом второго рода. '

Исследовались кристаллы ТГС как номинально чистые, так и легированные яонаш хромо - ТГС + Сп 3 (£ мол. % соли Ск,(50,, хбН^О в растворе) и молекулами и,'* - атанина (10 вес. % Ь,с<- амтша в растворе) - АТГС. Кристаллы но:,-;нальн6 чистые (та.'лперсгура роста э!Доз Т< )и с прикссью ионов хрома (температура роста юке Тк ) бтл вырадены з ростовоЛ л об оратории кафедры экспериментальной физики Воронежского госунпверситета. Кристаллы АТГС (выращены ниже Тк ) получены из Института кристаллографии'/Л СССР. Образцы исследованных кристаллов, как правило, вырезались из пирамиды роста |010}.

Выбор кристалла ТГО в качестве объекта исследования был обусловлен тем, что в этой кристалле наблюдаются медленные процессы релаксации макроскопической поляризации, вызванные постсян-шш электрическим поле:и, позволяющие судить об особенностях взаимодействия доменной структуры с дефектам! сегкетоэ,тектрического кристалла.

Научная новизна. Впервые обнаружено немонотонное температурное поведение времени релаксации макроскопической поляризация поудналыю чистого п примесных кристаллов ТГС.

Показано,- что увеличение концентрации примесных п радиационных дефектов приводят к уконьсзнап абсолютных значений вреыени

!)

релаксации поляризации с одновременным сужением низкотемпературной области неустойчивости доменной структуры вплоть до ео исчезновения, что доказывает определяющее влияние внутреннего поля на процессы перестройки доменной отруктуры.

Изучены особенности формирования во времени внутреннего поля кристалла TIG с радиационными дефектами. Впервые показано,, что эти зависимости имеют немонотонный характер, связанный с диффузионными процессами.

Работа выполнялась на кафедре экспериментальной физики ВГУ в соответствии с Целевой коглплексной научно-технической программной IКНГ СССР по проблеме "Получение и применение сегнето- л пьезоэлектрических материалов" (Задаете О.Ц.015.05.02, раздел 02.1.12 д) и Координационным планом АН СССР в -области естествен::: г: наук по направлению 1.3 "Физика твердого тела" (раздел 1.3.10 >-физика сегнетоэлектриков и диэлектриков, подразДел 1,3.10.2 - ¡[::~ эические свойства сегнетоэлекппческих гфисталлов, роль доменной и реальной структуры. Механизмы структурных превращений, дшнз'Я-ка решетки, критические явления).

Практическая ценность. Эксперинвнталкы^ результат:! •••зуягта процессов формирования и .поведения внутреннего поля в реальном сегнетоэле>:трическом кристалле (на примере кристалла ШЗ) могут быть использованы при создании механизмов образования внутреннего поля. Обнаруженный немонотонный характер тешературной зпглсаг?1-стя времени релаксации макроскопической поляризации номинально чистого и примесных кристаллов TTC, обусловленный неустойчивостью до!.:о1шой структуры, необходимо учитывать при выбора режимов работы пиронидиконов на основз ТГС.

Основные положения, выносимые на зашпгу.

Ï. Немонотонная температурная завис шеть времени релаксанта макроскопической поляризации в кристаллах Т1С обусловлена существованием двух областей неустойчивости доменной структуры.

2, Низкотемпературная область неустойчивости доменной структуры в кристалле ТК! разделяет две области, в i:crcpir ni :огпка протекания процессов релаксации поляраагцгл paxcrvn.

3. Внутреннее поле в крастачле ТГС стззсге^;::-:о :>.;::.•. :л кп троцессн перестройки доменной структуры} зозрссгпгзс й:.у:ои:ш-?о поля приводит к сужению областей кзуогоЗчквосгз

структуры вплоть до их исчезновения.

4, Формирован;;? и изменение во времени ушшолярнооти, irpnci ла ITC, созданной рентгеновским облучением, определяется значительно;! ролью диффузионных процессов.

■»пробашя результатов работы. Отдельные результаты длссег вдокнол работы докладывались на Хт. Всесоюзной конференции по i] зике сегнетоэлектрпчества (февраль 1967 г., г.Черновцц), на I Ыелзузовской конференция мблодих ученых "Наука и ее роль в уск решш научно-технического прогресса" [май 198? г., г .Вороне*), на У Всесоюзном семинаре по полупроводникам-сегнегоэлектрикам (июнь 1587 г., г,Росгов-Ы8-Дону), на ХУ1 Международной Бесенн tacojio по сегнегоалектричеству (апрель IS88 г., г .Галле, ГД?).

Лкчны;: вкла," гпгооа. Зое экспериментальные результаты иол чаш лично евгора-:. Обсухдзште результатов проходило с участие научного руководителя и доц. С Л-»Дрождкна.

CyüsnKqi;«.;. Оснозигз результата исследований опубликованы 7 работах.

Объем и структура диссертации. Диссертация состоит из вв;: ния, четырех глав, заключения и списка цитированной литератур!, из 131 наименовангй и содержит 151 страниц иатюписного текста, 47 рисунков, 3 таблиц и 1 приложения.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во Введении рассмотрена актуальность проблемы, с^ормулиров ны цели и задачи работ, пока.аш научная новизна и практическ значимость результатов, дано обоснование выбора объекта послед ваний, сформулированы положения, выносимые на защиту.

Первая глава носит обзорный характер., Б ней изложены осно ные.сведения об условиях возникновения доменной структуры в се нетоэлекгрических кристаллах п представлены результаты структу них исследований кристалла TTC - номинально чистого и содержат го дефекты.

Рассмотрены особенности диэлектрической дисперсии релаксационного типа в кристаллах TTC и некоторых других оегнетоэлект риках. Сделан внвод, что при рассмотрении низкочастотных проце сов релаксации поляризации необходимо учитывать влияние доменн структуры.

Отдельно рассмотрены общие закономерности процессов перепо ляризацри доменной структуры в кристаллах TTC и других сегнето олекгрг.кох. Приведены основные характеристик! и механизмы пере

ключетшя доменной структуры и показано, что процзссн переклзчезгл в сегнетоэлектрическкх кристаллах носят релаксационный характер.

Большое внимание уделено рассмотрению п обобщению содердс:',"!::-ся в литературе результатов о процессах релакооцяи поютрлпают в сегнетоэлектрическом ТГС, обусловленных действием постоянных электрических полей. Анализ приведенных работ показал, что в литературе отсутствует единая точка зрения на определягдуп pa's Поденной структур» в процессах релаксации полпризацаи.

В ксице глави анализируются особенности некоторых !.<,а::роско-гшческих свойств сегнетоэлектрических кристаллов, обусловленная наличием внутреннего поля Вв .

На основании проведенного анализа С(*ор?лулировани осиовныэ задачи настоящего исследования.

Вторая глчва посвящена описанию использовавтхсл в работе '.'зтодик, оценке погрешностей измерения и вычисления ряда физических величин и другим методическим вопросам.

В первом параграфе рассмотрены вопросы методики эксперимента. Емкость С и проводимость 0- измерялись с помощью моста 31,1-484 на частоте 1,592 кГц я амплитуде измерительного nor:: ~3 Б/см. Пироэлектрический коэффициент jÇ6" определялся в свазистатическом режиме путем измерения пироэлектрического заря-1а вольтметром-электрометром В7-30. В процессе измерений обра.■иг? шходилясь в термостате, точность стабилизации т-змпературы а :ором составляла + 0,1° .

Исследуемые образцы поляризовались постоянным электрическим шлем Е- . Дня поляризации образцов кристаллов ТГС псполь-ювалксь значения полей как меньше коэрцитивного поля,

•aie и превышавшие его. Значения коэрцитивных Ё с п внутренних Eq полей определялись яз петель диэлектрического гистерезиса, [пблюдапияхея по методике Сойера-Тяузра на частоте 50 Гц.

Облучение образцов номинально чистого ТГС я кристалла АТГС ¡роводклось при Т=»20° С со следующн pe.-ra.voM работы рент-•еновской трубки с никелевым анодом: анодный ток С ч^тая--.енис 30 кВ. Результаты исследований прдоодя?сл - pc-.-i ,ï;'-:ictk it эк&озиционной дозы.

Временные зависимости Е п С- пзучнллсг> с гг".*—:îî:jï!~cm зух методрч.

Первач - метод переполяразацки. Пря заданной го.'пзр^турэ пэ-■грений образец предварительно поляризовался полем &

По достижения равновесного т}::еопоун:пюлярного состояние изменя/ сл ziidn поля на ЕТ. . Под действием этого поля сначала нп-бдздалась быстр¿л распаглрг.зацнд образца (рззкал рост значений £ к G- ) » а затем исдозшоэ уыеныаснис c-i-их величин. -з.\хре-п;л зависимостей Ед-^ н О(-t~> начинались в тот момент, i;oi да значения С. и 0 достигали максимума. Длительность прс цзссов релаксант поляризации составляла ох 10 до 30 »-¡нут в з: е:с;:.мости от темюрагуры опыта и црсдысторпн образца.

;.!етод деполяризации. После поляризации образца описанным катодом поле Е= выключалось и в его отсутствие снималась «го кс зз:»дса;:сети. Релаксоодонвоо поведение пирокозф-Тнцн-eura г.гучалс«. ссяыю в цроц-сз& доиа>яр;:зац:ц:. "Дйкаят.гйзецдои-iz:j 1,роцзсси заискчавались «г.рса 20-£4 часа, когда ааг/зткиз пз-взлимш из пабхл-далнс:.-,. iio i-ropo.*! юрагра^о c:-r.:r:-'/:i гагекзтачсскгл обрзаотка сксие-ржспталы:!»: результате,- " сЗгсгсяашс м;бора кщргкезья-рук?:;: <4уш;п;:н.

Релаксационные зависимое:..; ¡J'^t't) > ^(^Оп G-(t) йг.-.елх одинаковый характер и аппроксимировались су1;;;цпяш гида

¡у °-(f> = £ £ * (£f-) • e*p(-1h ) (I),

где - значение у6" при -fc - 0, установийлееся

сличение, jf6^- текущее значение у6" , 'L- - время релаксант поляризации.

Правильность выбора аппроксигарующкх (Т'ушший проверялась построением зависимостей вида

h&ftr^h (2).

fft - foo

которые носили линейный характер - рис.1.

Аналогичные зависимости строились для £ и (г . Завис-мости » как и и C-ff), представляли со-

бой, как правило, сумму двух экспонент, хсагдсЯ из которых отвечает свое врекч релаксации.

Релаксационные зависимости, описывающие процессы формирования ..ojsi Ев во времена для облученных рентгеновскими луча:.:п образцов, гакг.с еппроксшлровались функции, пропорциональны:::] txp(-i|t) . Время Я" , являсзесся характеристикой релак-сашонного процесса, рассчитывалось по методу наименьших квадрг: тов.

3 заключительной части главы описан» метода«! опродолеггнл погрешностей диэлектрической проницаемости, прозоднмостп, пироэлектрического коэ^фидаента, времена релаксации, козрютшпого и внутреннего нолей, энергии взаимодействия доменной отошя о точечными дефектами Uij и энергии активации процессов !шя доменных стенок VIükt • Показано, что максимальная о.тг.бкп в определении *"fc- не превышала 10 а величина поля и?, определялась с точностью не хуже (10-12) Оалбкн в опрэдела-ши и Vi акт не превышали 20 %.

Б третье главе излагаются результаты исследования процессов >елаксашш мокр оскопи ческой поляризации в номинально чистом пр-.-:талле ТГС.

В первом параграфе представлены результаты изучения процэо-ов низкочастотной диэлектрической релаксации макроскопической оляризации по временным зависимостям диэлектрической пронявдепо-ти и проводимости методами перелоляризации и деполяризация.

Показано, что процессы релаксации поляризации з сап: .г: г- -л --пческом ITC обусловлены релаксацией доменно: структуры, вчводэп-ой из состшшш равновесия постоянным электрическим полем, что здтверждается отсутствием изменений во времени значений дполокт-;ческой проницаемости и проводимости при температурах ггиэ тс;;:.: зри. В кристалле с дзойной примесью ионов хрома и Ц , -'.аш'.на процессы релаксации поляризация такяэ кэ наблэдаатся, таг. \к доменные стенки в нем полностью блокированы дефекта,'га.

Наличие двух сксяонент на временных зависимостях диэлоитричо-;ой проницаемости и проводимости, полученных двумя методам:, идетельствует об участии "ззньхх механизмов движения доменных еног. в процессах релаксации поляризации. Первая окспоиентс хз-ктерпзуется временем релаксации поляризации , втерся --

еменсм ^а • Согласно общепринятым представлениям /Г/ лре,»л

соответствует быстрым процессам зарожш8осрззо'г:>«'"г: торце-го движения доменных стенок образоз?Ес:пхся '.яд-

ишм процессам последующего раслирегля дстансь щ ¿-.т.* :с>го смещения доменных стенок отвечает вре.'-я 'Е?

Обнаружено немонотонное поведение вреизкк релакелл:; :"v:;rp::~ 1яи (как , так и Т^ ) по ^температуре. Суггстпелисй

:бенность:~ зависимостей t (.т^ является наличие двух rs::cs~ '.ов вблизи температуры 35° Сив окрестности температура фа-юго перехода - рис.2. Введение неболыпах концентраций прг.мз-

сей конов хрома и рентгеновское облучение кристаллов (мгуше доз! качественно не влияет на характер зависимости Т (Т ) ; максим;, в зависимости т(Т) сохраняются, но абсолютные значения Т умекьЕ-з^тся.

Показано, что максимумы в зависимости т (Т ) обусловлены существованием в кристаллах TTC двух областей неустойчивости доменной структуры.

Во втором нараграфэприведены экспериментальные результаты наблюдения процессов релаксации полярлзацгк по пироэлектрически!, намерениям.

Зависимость времени релаксации поляризации от поля В _ (при Т = 27" С) показывает монотонное возрастание Т- пря увеДиче п::л значс-най поля Е _ . Эта гагиопиасть не выходит на насщз-12!е ь подт:с, upsciuaBsnx пола С с , что свидетельствует об увеличении oieuan устойчибзсти. ¡.¡онодоменного состояния кристалла о ростом л что хребусг большего времени для возвращения кристалла к некоторому равновесному состоянию.

Существенной особенностью зависимости Т(Т) , полученной та пироэлектрическим измерениям, является наличие резко выраженного максимума при гегллсратурах (37-39)° С и практическое от-

сутствие аномалии в области температур фазового перехода - в от о от ,!,.! электрических измерений. *

Таким образом, пироэлектрический метод исследования процессо релаксавдп поляризации оказался более чувствительным к процессам доменных перестроек в шзкотештсратурной области неустойчивости доменной структура недели вблизи Тк •

Изучена кинетика спада ¡ç6"" в пироком те:,шературноы Интерполе»

Обнаружено, что в области низкотемпературной неустойчивости доменной структуры, где подвижность доменных стенок максимальна, релаксациошше процессы описываются экспонентой с одним временем релакоапдп поляризации т (pnc.ï, 2).^. ^

Изменение угла наклона прямых Сп = т при

переходе через область низкотемпературной неустойчивости доменной структуры (рлсЛ,1 и 3) предполоштзлыю. связывается на\я с действием двух указанных визе механизмов зародызеобразования и бокового дв!1деш'Л доменных стенок, по-разному вза;:моде¡1 ствужyix о точечные дефектам на двух отапах процессов деполяризапдп дометши структуры.

Кроме того, о повышением температуры при приближении к Тк кз исключена возможность вовлечения в наблкдае:ню релзксаизсннгп процессы точечных дефектов с более высоглга зночетгня:."! энергии с:г;л~ вации.

Третий параграф псочяцен обсуждения полученных ркспег:»^!".-тальных результатов.

Выполненные в рамках модели /2/ оценки времегп ролвгсп&г направленного движения зорялегап.-; гочечиас дефектов, взс:г'0дс;1е."-вуюких с иоподпяяны1,21 домешпся сте!п<е;а, показала, что 'i* r.r.r, ■ ег значение Ю6 ч, намного превосходнее ксбл*зд2е!:ыо и? Еначения ч.

Описашше релаксопиоюше процессы также не связаны о рэнными ранее в работе /3/ долговременно спадсетгп тскс1!3 ¿:сро кого замыкания в кристаллах ТПЗ, вызванными процессами нгпрсилс'.г-ной миграции неравновесных точечных дефектов после пиоиких воздействий, поскольку в /3/ эти процессы ппблг.пг-тг'с* гр""-: доменных TTC, Кроме того, нсп по^?з.->но, т:о :спрс-тс.р г--- :с *::-•-сти t (Т) и величина Т определяются .т. имущественно гпро-олектрическими зарядами, которые при разных ¿емлератургс: ошпм оказались на одян-два порядка вальсе ззрядоэ другой пр::р"""..

По-видимому, процессы релаксации поляризации обуолопдгнч п основном движением доменных стенок, пзезкедз1:ствуг.!-ях с точг::г~ гп дефекта.»'! и выведеннюя из состояния pcnaouecsyi' постслп:;:.?: электрическим полем.

Неустойчивость доменной структуры в двух температурных oizzz-тлх мояет быть связана с существованием двух различных мехлг:'.;':;:' взаимодействия движущихся доменных стенок с точечная дофзктггч.

Один из возможных подходов к объяснению су?;зстпозс:п*л дзт:; областей нестабильности доменной структуры в глонафлетплт^х ТГЗ бия недавно предложен в работе /4/. Согласно /'/ с;т;:-с;г::с^""го низкотемпературной области доменной структур:? сЗу-р статпческим взаимодействием дог.^ннгсс о стог, о ' ' " тл. "Л-юз.а дефекта!Я. Область вцсог.отсг.'псрпг^нсл «sycuv - •::• :: глется в результате упругого ягг.чг'у.гйехг^'Т деггт^.-л: :•:■ >•. о гочечпы;я дефскгсга.

В четвертой главе приводятся результаты псслодогпипя .-.гг-т: :i Е!1утреннего поля на процессы релаксации млфоскспп'ксксй ло::л*\1-зеют примесных кристаллов TTC. Здесь -з рпссг/агритются некоторые особенности возникновения и измоненгл во Ерсггэнп я в функхпл

от температуры поля Б^ в кристаллах с дефектами.

В первом параграфе рассматривается роль внутреннего ноля в процессах релаксации поляризации. Исследование этих процессов i кристалле ЛТГС методом деполяризации показало (рис.3), что уве-личенге поля Ёь приводит к уменьшению абсолютных значений вр мени релаксации поляризации Т с одновременным сужением облас ти низкотемпературной неустойчивости доменной структуры вплоть до ее полного исчезновения.

В температурной области максимума Т (рис.3) отмечена зна чительная аномалия пирокоэффшу.еита (см.вставку к рпс.З), свл-детельсх.с;гачая об изменении уилполярности кристалла. Это лзыене-1ШО ушшолярносхи связано о ншзгиом в кристалле внутреннего по» роль которого в ягой области температур оказывается значительной Благодаря своему направленному двйстша» поле S а в области аз-стеЗклаюотл дометшей структур;; у^илкадшает число доменов, векто] поляризадш которюг совпсд-scv о к.зп^пдеииеа полл Е б . Происходит своеобразна-! подколярйаошя кристалла внутренним полем, т.с увеличение ушшолярностп, что выражается и в ухзоличенип внутреннего полл в области нпзг.охешературной неустойчивости доменной структуры и в возрастании статического ппрокоэффицпента.

Проведенные исследовашш (второй параграф четвертой главы) за шскшотк SBlT) ддп кристаллов ЛТГС к ТГС с радиационными дефектом:-. показали слабую теьзи.рэтурщчэ зависимость с увеличением поля S gj в области низкотемпературной неустойчивости доменной структуры,

В настоящей работе рассматриваются релаксационные процессы в дефектных кристаллах, в которых существует поле Е а , поэтому одной из задач настоящего исследования явилось изучение условий воз1шкновенкя и изменения во времени внутреннего поля.

Так как при оценке величины поля Е & по петлям диэлектрического гистерезиса образцы в течение небольшого промежутка времени подвергаются нежелательному полевому отжигу, то изучались временные зависимости как поля Е в , так и статического ш:ро~ коэффициента, который также является мерой униполярности кристалла - рис.4. Эти результаты подтверждают с; -десгвование немонотонного процесса изменения во времени макроскопической поляризации кристалла ТГС с радиационными дефектами, который не зависит от метода его обнаружения и исследовангя.

Характер зависимостей Й^НЛ и приводят к продч

яеиют о наличия по крайней мере двух типов де^.скхсз, судзс:::-уЛ" дих в облученном ТГС.

Значения 'Г , рассчнташшз по зьзлспг-озтям рис,,';, реншк при Т =--20° С, в интервале 0-30 часов сг.язг"гс: р -ними ~ 5 ч, в интервале 50-90 часов - 15-20 ч.

Естественно полагать, что долгогрсгпгнтгэ срп'.гсзн лг":':*." '"

г»

полл Ьь и $ по вре:.:о!П сзлззчн з первуп очередь с -

ей точечных деТектоэ облученных кристаллов. Для прочерк-лелезеияя загисаместа Ев, 1-1 ч ^ била нгкзрзкч лр- : - . -ратуре 40° С. Поигаение температуры сайта не пзмоплло указанных загиси.чостей, но привело г. углшылогпп вел:члгч 'I 5-6 раз, что ма~ет слуглть доказагельотвем-оу^'зотгззег-.ч '' гпотшх процессов, ответствзншсс за изменение во ггз.'.г;!.".; ;:?.• ч -иди кристалла.

Значения времен релаксации докениоЯ структуры, р^^-чти'.™:? по времзнш.м запаси»¡осткм диод г..тр::<:сскс:: г.р-ччч ">... - • снятия о облученного здисгояла ТПЗ постоя чюго элз:стр:'2-.,-;;-'ого полл (метод деполяризации), оказываются 10 раз кзпьгз ук:?:.3а-ных вше. Следовательно, релаксация доменной структур:! г.Злу^.'Г'- -го крист.'; яла, введенного пз состояния рщщогест д< "'чч 'V. • ляризувдего поля, заканчивается за гораздо кзкытгэ грегп, 'п.ч дикфузия радиационных деТ-ехтов.

Для выяснения роли спонтанно!: поляризации в прсцооог.х -ровакня поля В а, мы провели облучение образцов номинально того кристалла Ш! в направлениях, параллельном и перпендикулярном полярной оси, и показали, что для возникновения полл существенное значение имеет направленно радиационного сблупплл.

Действительно, если облучать образцы ТГС перпендикулярно полярной оси ^ , то поле Ев оказывается .чэбодпгпм по гздгг;-!-не и почти не изменяется во прег.кпл« Однско чамно -л з гте? слутлз значительно увеличить поле £ ^ , уведпчга; до:--' и

несколько раз.

Таким образом,при облучении кгастпллп одно!'. ч ••• дезей вдоль полярной сон И есрпс!1ХДКуЛЛрЧ0 ЗН ПОЛ?

ся по величине больлз в перзем сдуто, ч-го и додг.г'г.ггл судсог-вениуя роль спонтанной полярнзацп в форгарезетга гпугрендгго поля.

Аналопшшй опыт бш; проведен на образцах щмсталла АТГС, j которых до облучения существовало значительное по величине в ну. реннее поле. Это ноле практически не меняется во времени, но nt ле облучения возрастает, как и в случае номинально чистого ТГС, а затем начинает немонотонно изменяться. Значения времен релаксации полярпзащи для кристалла АТГС оказываются в несколько рг больше аналогичных значений дш номинально чистого кристалла ТI что по-видимому, связано с возникновением иных радиационных дс фегтов, чем в номинально чистом ITC, и иными уатовияш ди(Тфуз;ц этих дефектов в легированном кристалле.

Полученные в работе экспериментальные результаты позволяют рассчитать некоторые г.дкропараметрц доменной структуры кp^:cтaл^ нэтрпмер, энергию взаимодействия точечных дефектов с доменной стенкой.

В последнем параграфе этой глава представлены результаты ol нок ок»рпш взаимодействия точе-п.кх дефектов с доменной стенкой и оагргяа шпкзадии прокезеол лихвам доменных стенок в чисток и щш.есных кристаллах ТГС.

Расчет энергии взаимодействия точечных дефектов с доменной стенкой выполнен с использованием модели лавинного отрыва домен них стенок от зацепляющих их точечных дефектов /5/. Модель рас сматрлваег процессы механических потерь в сегнетоэлектриках, но со основные положения могут бить использована при анализе релак caiv'-oiiHoro поведения диэлектрической проницаемости в перемзнном поле , поскольку и процессы релаксации поляризации и меха

тческие потери обусловлены одним механизмом - взаимодействием доменных стенок с точечными дефектам:.

Предполагая, что в области комнатных температур зависимость описывается уррвнением Аррениуса, была оценена энергия активация процесса релаксационного движения доменных стенок в m мшально чистом и примесных кристаллах ТГС.

Величин". "Vlgj и VJ ант ДОЯ различных кристаллов ТГС приведены в таблице.

Таблица

Значения энергии взаимодействия ligj точечных дефектов с до-

ыетшой стенкой,внергии активации Wакт процессов релаксаци-

ТПЗ ТГС+ о3+ ТГС+ L ,oi -алашн ТГС + p/i облучение

Ue*, ьЪ 0,03 0,3 0,2 0,1

Vlmcr,sü 0,5 0,9 1,0 I.I

Но основе представленных в таблице значений сделан знвод о том, что энергия взаимодействия точечных дефектов с доменной стенкой является одной из составляющих энергии активации процзссоз релаксационного движения доменных стенок.

0СН03!ШЕ РЕЗУЛЬТАТЫ и вывоян

1. Медленные процессы релаксации макроскопической поллрпза-tçm в монокристаллах ТК! (как номинально чистых, тате и содеряа'Зх дефекты различного происхождения) обусловлены релаксационным дгл-кеш:ем доменных стенок, выведенных из состояния равновесия брсс-ним электрическим полем.

2. Установлена немонотонная температурная зависимость г.ремогл релаксант макроскопической поляризации в номинально чистс.ч я дефектном кристаллах TTC. Наличие максимумов в температурной гаг-подмости времени релзкеанди поляризации связызается с двуш областями неустойчивости доменной: струкг-р:;, обусловленной дсу:*л • •• » ..:■:-» (л! взаимодействия доменных стенок с точечными дефектами.

3. Показано, что внутреннее поле кристр.члп TTC существенно влияет на протекание процессов релаксации поляризации, уменьшая абсолютные значения времени ролакезции поляризации и одневремеп-но сухшя 1итературну>э область неустойчивости доменной структуры.

4. 3 области низкотемпературной неустойчивости до'/епней структуры примесных кристаллов ТГС обнаружено увеличение унаполярностп кристалла, вызванное направленным действием внутреннего поля

на подвижные доменные стенки.

5. Унпиэлярность крпсгаллов ТГС, созданная рентгеновским облучением (определяемая по величине внутреннего поля и статического пироэлектрического коэффициента), меняется во времени немонотонно. Установлено существенное влияние процессов диффузии па вреда достижения равновесного значения унаполярностн "рясталла.

6. Показано, что внутреннее доле з кристалле ТГС гезнлкаех при его облучении рентгеновскими квантами как в подвига, так и

в неполярном неправленгях. Для достлженяя равных скт*«И"д:. внутреннего полч при облучении в направлении параллельно'; и ортогональном полярной оси, в последнем случае требуются белы;:te дозы радиации.

7. Показано, что низкотемпературная область нестабильности доменной структуры в кристалле ТГС, характеризуемся максимальны;^ значениями времен релаксация макроскопической патгрлзецпп после

воздействия на кристалл постоянного электрического ноля, явлж наименее приемлемой в качестве рабочей температурной области i личнцх пироэлектрических устройств на основе ТТС.

Основные результаты диссертации опубликованы в следующих работах:__

1. Сердюк О.М. Релаксация макроскопической полярлзацш в i сталле триглмцинсульшата //Деп. в ВШИТО 27.08.86, i¡¡ 6148-ВЕ

- XS о.

2. Kamyaheva Ь.Н. , Drozhdin S.K., Goräyuk O'.ü. The Influen of Defekts on the Processen of Po]arizatlon Rolakcation in №3 atals // Phya.3tat.Sol.(а).- I9S6. - V.97, К I. - K29-K34.

3. Камышева Л.П., Сердюк О.М. Релаксация макроскопической лярлзации в чистых и примесных кристаллах ТГС // Тезисы докла дов XI Всесоюзной конференции по сегнстоалектрикам. - Чернов 1986, - Т.2. - С.142.

4. Камышева JI.il., Сердск О.М, Релаксация мсйфоскопичсской ляразедш в кристаллах грушш тр::глшшноуль$8ха // Тезисы дочл дов I 1.'епшузовской конференциг г.олодих ученых, - Воропеа, 1987

- C.60¿

5. Сердюк О.М., Камышева JÚH., Дровдпн С.Н., Бароаиина Л .Б Роль внутреннего поля в процессах релаксации макроскопической поляризации кристаллов ТГС // Физ.тверд.тела. - 1988. - Т.30, а 2. - С.540-544.

6. Камышева Л.Н., Дроудкн С.Н., Сердюк О.М, Особенности олактрофпзкчесхих свойств сегнетоэлектрического тркглаицнсулиТ, обусловленные внутренним нолем // Деп. в ВПКЗ' 20.04,88,

JS 3043-388. - 42 с.

7. Камышева Л.Н,, Дроздин СЛ., Сердюк 0.LÍ. Влияние ради; ццонных дефектов на процессы релаксации макроскопической поляр! задай в кристалле TIC // Журн.технич.физики. - IS88. - Т.58, ib

- C.I607-I609.

г- !

1.6 г

//

1 / • //

:/ -----

0~ <rO to li'o HS ¿¡o t.n-n Ы

Рпс. 1. График зависимости in j,~ Itr дет !югл::а;гг.г:с чистого кристалла ITC при значении поляризующею не;:

Е== 1,85 Sc . I- Т= 27,0° С, 2 - 39,0° С, 3 - Л 1,0° G.

3по.2. Температурные зависимости sprr.tsiüt редегсяи •*. ¡т-.-^.л,-цяи, полученные по дюлекгричосг."',! лг^сро.::-.': • ('' ^' Л переполчризаши)

1 - для номинально чистого ТГС, j

2 - душ номшально частого ТГС, 1rt {

3 - для кристалла TIC о примесью яснез зрсмэ, t^ .

э

Тщ-1Г,» с

"Т.. —

?::о.З» Теа-луатуркие зпхшслшсг;: врамсш релаксации ноляркза-К.:пс нслученнно по пирозазктричэсюш измэрешшм (метод

ъ, ;«.■;.: I::

ко;:;,:,..,".'но ч;:сг::;! Т.''С. 2 - щюотоя. АЗГО ( Е ь а-гЗ/о:.;), 3 - ..рьслл. АТТи ( Еь 2,0 ¡С/сл). Г..; л.с .-'■.:с:'..".:>:;:: ег

I.:: I; - С; ;у-я з:р::•;•"■'

0-.": г":/'

•п ..... || \ /

' /

Ч;/

V ;

^ ЛСК

-м

\

» г: но и

"к"; "¡-Л, '

Рис.4, Врекошше зависимости внутреннего поля В^- I к лг.ро--электрического коа]£*цс:ента -2 х-я двух образцов

номинально чистого кристалла ТГС при Т ^20° С, Время облучения рентгеновски;.:;! квантам.! £0 кии Образца облучены вдоль оси Ц. по направлен!:!) естественно;; ушшолярности.

Цитируемая литература

I. Смоленский Г.А., Боков В.А., Поупов В.А., Кра&апс H.H. з. Физика свгнетоэлектрвчэскпх явлений, - Л.: Наука, Ле:г-::-аскоз отделение, 1985. - 396 с.

3. Постников B.C., Павлов B.C., Грпдиев С.А., Tj.-pr.OB С»К» содействие 90-градуоных доменных отенок о точечкк-ч кристаллической решетки согаетокераг.ячоокях материалов // .АН СССР. - Сер.физ. - I960. - Т.ЗЭ, И 3, - С.300-306,

3. Voll: Т.Н., Kcdnikov S.V., Chuvalov L.A. Rela nation curia' in nonequilibriun ferroelectric crystal TGS // Perrooleo-cs. - 1982. - V, 43, II 3/4. - P. I63-I69

4. Селюк Б.В. Доменные перестройки в триглицинсульфато // , в ВИШ1Т! 05.05.88, Л 3446-В88. - II с.

5. Гридпев С.А., Даринский Б.М., Постников B.C. Днэлекгричэ-е и механические потери в сегнетокеракаке цирконата-тятаппта нца // Механизмы релаксационных явлений в твердых телах. -

Наука, 1972. - C.206-2II.

35634 от 15.XI.88 г., заказ 700, тирзк 100 экз. Объем I п.л. Формат 60x90 I/I6. Офсетная лаборатория BD'.