Распространение неравновесных фононов в виртуальных сегнетоэлектриках тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.07 ВАК РФ

а российская академия наук

Д 4,4 ФИЗИКО-ТЕХНИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ им. А.Ф.ИОФФЕ

На правах рукописи

"СУСЛОВ"Алексей Вячеслввович

VIII/ К'ЛЭ С11 '

распространение неравновесных фононов

в виртуальных сегнетоэлектриках ... . (01.04.07 -..физика, твердого тела) ......

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Сннкт-Пчтербург 1995

Работа выполнена в Физико-техническом институте им. А.Ф.Иоффе РАН.

Научный . руководитель: доктор физико-математических наук

Дричко И.Л.

Официальные оппоненты: доктор физико-математических наук,

профессор Иванов С.Н.

кандидат физико-математических наук Санина В.А.

Ведущее научное учреждение - Физико-технический институт РАН,

г. Казань.

Защита состоится 1995 года в часов

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

С диссертацией можно ознакомиться в библиотек ■Ркзико-технического института им. А.Ф.Иоффе РАН.

пан

Автореферат разослан "Ж7" 1995 г.

Учений секретарь специализированного

совета К 003.23.02 кандидат физико-математических нау

/С.И. Баходдин/

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ.

Актуальность темы. Физика фононов является одним из основных разделов физики твердого тела. Все свойства конденсированных сред связаны со свойствами фононной системы. Взаимодействие фононов с фононами и другими квазичастицачи ведет к возникновению многих интересных явлений (сверхпроводимость, фазовые переходы и др.). Исследования фононной системы дают возможность получить важную физическую информацию о свойствах

"торрпут Т°Л.

Весьма информативными для изучения фононной системы являются акустические метода, использование которых позволяет исследовать искусственно введенные в образец фононы. В "классических" акустических экспериментах для возбуждения и Детектирования фононов обычно применяются магнитострикционные и пьезоэлектрический преобразователи. При использовании преобразователей такого типа возможно изучение фононов только низкочастотной части спектра: частотой лишь до Ю10 Гц, в то время как предельная частота акустических фононов в твердых телах около Ю1"3 Гц, поэтому вполне естествен интерес исследователей к методам, позволяющим инжектировать в образцы высокочастотные фононы с частотами 10*^-10^ Гц.

Начиная с 70-х годов, в физике тзердого тела стало формироваться новое направление - физика неравновесных фононоз (фононов больших энергий), которое объединило экспериментальные методы, позволяющие создавать и детектировать в исследуемых образцах акустические фононы с частотами 1011-Ю13 Гц. Одним из них является метод тепловых импульсов [1*1, с помощью которого исследовались механизмы рассеяния высокочастотных, фононов в твердых .телах: наблюдалось рэлеевское рассеяние фононов на незаряженных примесях [2*], комбинационное взаимодействие фононов с двухуровневыми системами [3*1, неупругое рассеяние фононов на носителях в полупроводниках [4*1. Б основном такие эксперименты проводятся при температурах жидкого гелия.

Традиционно акустические методы используются для изучения фазовых пориход^г; п тьирдах толах, т.к. вблизи переходоь

происходят процоссы. приводящие к изменению свойств фояонной системы, что проявляется в изменении ' скорости и поглощения звука. Большое количество работ посвящено исследованию сегнетоэлектрических переходов [5*].

Среди сегнетоэлектрических кристаллов выделяется отдельный класс виртуальных сегнетозлектриков. В области низких температур свойства виртуального сегнетоэлектрика аналогичны свойствам обычного сегнетоэлектрика в парафазе вблизи

сегнетоэлектрического перехода. К указанному классу виртуальных сегнетозлектриков, в числе других, относятся танталат калия (КТа03) и титанат стронция (БгТЮ3) [5*].

Если низкотемпературные свойства танталата калия достаточно подробно изучались акустическими методами [6*], то в титанате стронция применение традиционных акустических методик при низкой температуре затруднено из-за наличия в этом материале несегнетоэлектрической доменной структуры, которая приводит к сильному рассеянию ультразвука, поэтому в основном исследовался структурный фазовый переход при Т = 105 К.

Несмотря на большое количество экспериментальных данных о свойствах КТа03 и БгТЮд, полученных различными методами, созданные на их основе теоретические модели не могут объяснить необычные свойства этих материалов в области низких температур. С этой точки зрения требуются дополнительные исследования фоноиной системы БгТ103 и КТа03 прй низких температурах, в том числе новыми экспериментальными методами.

Область гелиевых температур - такая важная в физике виртуальных сегнетозлектриков - очень удобна для изучения фононной системы методом тепловых импульсов. Использование этого метода может привести к. получению новых данных о свойствах фононов, так как виртуальные сегнетоэлектрики с помощью указанного метода вообще не исследовались.

Поскольку свойства виртуальных сегнетозлектриков недостаточно изучены вблизи фазового перехода (в области низких температур) и отсутствует окончательная теоретическая интерпретация их свойств, тема диссертационной работы "Распространение неравновесных фононов е виртуальных

сегнетоэлектриках" является актуальной.

Для создания неравновесных фононов использовался метод тепловых импульсов [I * ]. Цель работы:

1. Изучение рекима распространения высокочастотных фононов в виртуальных сегнетоэлектриках КТа03 и БгТЮд для О1тредолв1шя механизма рассеяния фононов в указанных кристаллах.

2. Изучение влияния электрического поля на распространение высокочастотных фононов в виртуальных сегнетоэлектриках КТаОд и

ДЛЯ ыиошвио1ЬИл штКгиИйнскгм'о ил па

на тошювыа свойства иш кристаллов при низких температурах.

3. Изучение влияния легирования литием на распространение высокочастотных фононов в виртуальном сегнетоэлектрике КТар3.

Научная новизна. В настоящей работе:

1. Впервые методика тепловых импульсов применялась для изучения свойств фононной системы в виртуальных сегнетоэлектриках (и вообще в сегнетоэлектриках).

2. Впервые изучалось влияние электрического поля на распространение неравновесных фононов в виртуальных :егнетоэлектриках вблизи фазового перехода.

3. Проведены расчеты, позволяющие учесть влияние размеров шжектора и детектора фононов на сигнал детектора в режиме даффузионного распространения фононов.

I. Создана теоретическая модель, объясняющая совокупность жспериментальных данных об изменении тепловых свойств шртуальных сегнетоэлектриков во внешнем электрическом поло при пизких температурах.

Научно-практическая ценностъ: . Создана экспериментальная установка дад изучения свойств ■вердых тел методом тепловых импульсов.

:. Создана автоматизированная система сбора и накопления ксперимзнтальных данных, позволяющая производить измерения ериодически повторяющихся сигналов длительностью I мкс-10 мс. . Предложена методика учета влияния размеров инжектора и етектора фононов на сигнал детектора в режиме даЭДужддал'о аспространения фононов.

На защиту выносятся следующие положения:

1. Распространение слабонеравновесных фононов в виртуальных оегнетоэлектриках КГа03 и SrTlOg при температурах 1,7-3,8 К происходит в диффузионном режиме.

2. . При обработке экспериментальных данных по диффузионному распространению фононов необходимо учитывать влияние размеров инжектора и детектора фононов на сигнал детектора.

3. В виртуальных оегнетоэлектриках КТа03 и SrT103 во внешнем электрическом поле при температурах 1,7-3,4 К происходит увеличение температуропроводности, что проявляется в уменьшении времени распространения неравновесных фононов через образец и в увеличении амплитуды сигнала детектора.

4. Влияние электрического поля на распространение слабонеравновесных фононов в виртуальных оегнетоэлектриках КТа03 и SrT103, а также влияние электрического поля на теплопроводность и теплоемкость указанных материалов при низких температурах объясняется увеличением жесткости кристаллической решетки, а но свойствами оптических фононов мягкой моды.

Апробация работы. Основные результаты работы докладывались автором на XV Всесоюзной конференции по акустоэлектронике и физической акустике твердого тела (Ленинград, 1991 г.), на XVI Всероссийской конференции по акустоэлектронике и физической акустике твердого тела (Сыктывкар 1994 г.), на XXIX и XXX Совещаниях по физике низких температур (Казань 1992 г., Дубна 1994 г.), на Международной конференции - 8 International Meeting Ferroelectrlclty (Galthersburg, USA, 1993 г.) и на научных семинарах ФТИ им.А.Ф.Иоффе РАН.

Публикации. Основные результаты исследования изложены в 10 печатных работах, включая доклады и тезисы конференций. Список работ приведен в конце автореферата.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, двух приложений и списка литературы, содержит 124 страницы машинописного текста, включая 41 рисунок и 5 таблиц. Библиография содержит 84 наименования.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ.

Во введении обоснована актуальность выбранного направления исследований, сформулированы основные задачи и цель работы, изложены защищаемые положения, научная и практическая значимость, дана общая характеристика работы.

В первой главе диссертации приводится обзор литературных данных о свойствах виртуальных сегнетоэлектриков КТаОд и Sri'lOg, в том числе о тепловых свойствах этих материалов при низких температурах.

iip™ усшлснии тнмпврятург; oí комнатной диэлектрическая проницаемость КТа03 и SrTIOg растет и следует характерному для сегнетоэлектриков закону Кюри-Вейсса в широкой области температур (30-300 К). Но в классических сегнетоэлектриках на температурной зависимости диэлектрической проницаемости наблюдается максимум при температуре сегнетоэлектрического перехода, а в рассматриваемых кристаллах диэлектрическая проницаемость монотонно возрастает по мере приближьния температуры к О К, достигая величины 3»104 в SrT103 и ~ 4»10п в КТа03 (5*].

Наряду с возрастанием диэлектрической проницаемости понижение температуры в КТаОд и SrT103 вызывает уменьшении частоты поперечной оптической моды, распространяющейся вдоль направления (100), что наблюдалось с помощью рассеяния нейтронов, инфракрасного отражения и комбинационного рассеяния, индуцированного внешним электрическим полем [5*1. Однако, в обычных сегнетоэлектриках частота ш мягких оптических Ф^н^ноп с нулевым волнстнм вектором равна нуд»: np»i температуре перехода, а в обсуждаемых кристаллах частота v*taC или.Н'руу TCíl, достигнув ер личина ,v 2,5*10'2 с"1 в SrT103 и ~ 3,6*1(г2 с~Т в КТа03, причем функция ш(Т) монотонна [5").

Такое поведение мягкой мода и диэлектрический проницячмм'-п' в титанате стронция и танталате калия свидетельствует м приближения к сегнотоз.п^ктрич'^к'-члу переходу при стр"мл>-нии ruMiiopa'i'ypu к абсолитнсму нули, и и то же вр>-»ми 1юкп?ива»-т, «п.> три экспериментально достижимых температурах переход ме

осуществляется. Именно по этой причине титанат стронция и танталат калия называют виртуальными (потенциальными) сегнетоэлектриками.

Вблизи фазового перехода диэлектрические свойства сегнетоэлоктриков существенно зависят от внешнего электрического поля/ Это вызвано тем, что диэлектрическая .восприимчивость становится велика, и относительно небольшие поля индуцирую^ большую поляризацию. Эксперименты показывают, что и в БгТЮд и в КТа03 при низких температурах диэлектрическая проницаемость 6 уменьшается, а частота мягкой моды растет при приложении внешнего электрического поля 15*]. Эти эффекты начинают проявляться ниже ~100 К и возрастают но мере уменьшенйя температуры до гелиевой, т.е. по мере приближения к виртуальному сегнетоэлектрическому переходу. В слабых полях поляризация £ пропорциональна электрическому полю Е и изменения е-1 и пропорциональны Е2 С5*1. В сильных полях, когда Р ~ Е1/3, эти изменения пропорциональны [5*]. Такие степенные зависимости тоже характерны для обычных сегнетоэлектриков.

Понижение частоты мягкой оптической моды приводит к изменению свойств фононов, относящихся к акустическим ветвям: экспериментально наблюдалось смягчение поперечной акустической ветви вдоль направления (100) в обоих кристаллах, взаимодействие поперечного ультразвука с фононами мягкой оптической мода В танталате калия. Кроме того, в этих кристаллах при низкйх температурах наблюдается влияние электрического поля на величины, характеризующие свойства акустической фононной системы в целом, а именно: уменьшение теплоемкости [7*3 и увеличение теплопроводности (только в БгТЮд) [8*1.

Вторая глава содержит описание методики экспериментов и описание экспериментальной установки, которая использовалась для изучения распространения неравновесных фононов методом тепловых импульсов в твердых телах при температурах жидкого гелия во внешнем электрическом поле. Приведена блок-схема установки, обсуждаются возможные режимы распространения неравновесных фононов через образец. Рассмотрены процессы приготовления образцов и изготовления .инжектора и детектора фононов,

требования, предъявляемые к этим устройствам. Отдельно рассмотрены блок-схема и принцип действия системы сбора и накопления экспериментальных данных на основе аппаратуры в стандарте КАМАК и ЭВМ типа "Электроника 60", а также программное обеспечение, использованное для управления автоматизированной экспериментальной установкой и для обработки полученных экспериментальных данных.

В третьей главе обоснована необходимость учета теплоотвода от образца в окружающую среду и размеров генератора и детектора ^НСЕОЬ »¿¡ЯмОХ»*»эконешшбн-тмльнмг нянн«* г*" ^'ТТУ^-'Г'"—'"' распространению тепловых импульсов.

Если размеры инжектора и детектора фононов много меньше расстояния между ними, то при наличии сильного упругого рассеяния внутри образца распространение фононов происходит в режиме трехмерной диффузии (диффузия от точечного источника) и сигнал болометра можно рассчитать, решая трехмерное уравнение теплопроводности. Другой предельный случай реализуется, если размеры генератора и детектора Фононов много больше расстояния между ними - одномерная диффузия от плоского бесконечно протяженного источника. При этом, чтобы рассчитать сигнал болометра, необходимо решать одномерное уравнение теплопроводности. Если размеры инжектора и детектора фононов сравнимы с длиной образца Ь, распространение фононов происходит в режиме, переходном между одномерной и трехмерной диффузией, и сигнал болометра зависит от соотношения Ь и размеров инжектора и детектора фононов. При решении соответствующей задачи теплопроводности получено аналитическое выражение для сигнала болометра при произвольном соотношении между длиной образца и размерами прямоугольных инжектора и детектора. При этим рассматривалось два типа граничных условий на инжекторе фснонов: первого рода - заданная температура инжектора и второго рода -заданный тепловой поток. Численные расчеты выполнены для алюмоиттриевого граната.

Приведена методика учета геометрических Факторов при сравнении экспериментальных результатов, полученных на различных образцах. Рекомендуется экспериментально гюлучошюи пр.^ч

- то -

прихода максимума фононной неравновесности tmax пересчитывать в tj-jH , (или гтах' ~ вРемя прихода максимума фононной неравновесности в режиме трехмерной (или одномерной) диффузии, т.к. в этих режимах сигнал болометра зависит только от длины образца и его температуропроводности % = К/с:

♦1D „ t3D „ . т2 т

max max к

В четвертой главе представлены экспериментальные

результаты, полученные в настоящей работе при изучении титаната стронция. Эти результаты сравниваются с известными литературными данными о теплопроводности и теплоемкости указанного кристалла, предлагается теоретическая модель, объясняющая изменение тепловых свойств титаната стронция во внешнем электрическом поле при низких темпоратурах.

Измерения проводились на 7 образцах номинально чистого SrT103, длиной 0,7 - 3,5 мм, вырезанных вдоль основных кристаллографических осей (100), (110), (III), методом тепловых импульсов в режиме "теплого" генератора при температурах 3,4-1,7К. Сигнал болометра при распространении тепловых импульсов через SrTlOg имеет колоколообразный вид, характерный для диффузионного режима. Характеристикой такого режима распространения является время прихода максимума фононной неравновесности, которое и измерялось в экспериментах.

Распространение неравновесных фононов происходило в режиме, переходном между одномерной и трехмерной диффузией (кроме образцов длиной 0,7 мм, для которых диффузия являлась одномерной). В связи с этим, tmax. полученное непосредственно из эксперимента, пересчитывалось в - время прихода максимума

(фононной не равновесности при распространении фононов в режиме одномерной диффузии в соответствии с методикой, предложенной в третьей главе. Получено, что пропорционально 1,(2,0+0,2)_

Это соответствует диффузионному распространению фононов в SrTlOg (I). Абсолютная величина t^ согласуется с рассчитанной на основании литературных данных о теплоемкости и теплопроводности Г.г?Ю3 17*. 8*] (I).

А.отн.вд.

500

I

о 4300 шо 1?оо» (дао

oa............- -

к: , 11/<'ч

490

i / Лч

300 | / /

' I ч ч

-0.1 i sftioj

zoo too

-02 1

-03 j «i

-9.5 !

! AH 1!

.4

Я ")0'J 7rnrn ;

fi

k Д A

« I

0 400 800 mo 1600 tikxc

•06

St.

Рис. I. Рис. 2.

Рис. I. Сигнал болометра при распространении теплових импульсов в ЭгТЮд 11001, 1>=3,5 мм, Т=2,9 К: Е= 1 - О, 2 - 4 кВ/см.

Рис. 2. Зависимость fit

шах

от электрического поля в SrTlO.,.

Для изучения влияния внешнего электрического подл до 20 кВ/см на распространение теплових импульсов. м>'жду генератором и детектором фононов прикладывалось постоянное напряжение. С ростом натяженности электрического поли трсисходило увеличение амплитуды сигнала и уменьшение t (рис. [) независимо от полярности приложенного к образцу напряжения.

Чтобы сравнить экспериментальные результаты, полученные in

зазных образцах SrTIO-, и при различных температурах пмшео.'П

!ани, вычислялось относительно« изменении t под дойотнием

v n о

W~WVW Iffl^iCCU n » к

"max в НУЛ0Г,ОМ электричиском поло и а пол«, 'апряжекностью Е, соответственно (рио.. 2). КристалжтраФиче«.!;««и управление, длима оОрдаця и тнмиритура Г"ЛИ''Ь"Го тир*»-татя и> лияли на относительное измми'ни" мплитуды сигнала болометра в поле i ол ыли ор.чышмо по величине с otho-'ht-vu ним

»лектричч jkoi'o поля 5tm!1ir-(t 1бозначают t

mdv. отниситольнои иг^минини'-

шах v п п

11ПЧ

rnn < •

2

Наблюдается численное согласие между экспериментальными результатами и литературными данными об изменении теплоемкости и теплопроводности в электрическом поле С7*, 8*] (I).

Для объяснения влияния электрического поля на тепловые свойства БгТ103 рассмотрена обычная для сегиетоэлектрика модель, согласно которой в материале существуют одна акустическая и одна оптическая фононные ветви, взаимодействующие меэду собой. В гамильтониане учтены ангармонические члены не только третьего, но и четвертого порядка, описывающие, соответственно, стрикционнное и биквадратное взаимодействие акустических и оптических фононов. Рассматривалось изменение скорости акустических фононов за счет их взаимодействия с оптической модой, поэтому величина чисел заполнения оптических фононов не имеет значения. Расчеты показывают, что в электрическом поле стрикционное взаимодействие стремится уменьшить скорость акустических Фононов, а биквадратное взаимодействие стремится ее увеличить, причем в сильных полях биквадратное взаимодействие доминирует, что и приводит к увеличению скорости и частоты Фононов, т. е. к увеличению жесткости решетки.

Показано, что с помощью этой модели можно объяснить уменьшение теплоемкости вс внешнем электрическом поле при низких температурах (~10% при 20 кВ/см) {7*1.

"Гигантское", изменение теплопроводности, 1;гоах и Атах в БгТЮд (" в 2 раза при Е = 20 кВ/см, Т = 3 К) не объяснить только увеличением жесткости решетки. Оно вызвано, видимо, изменением рассеяния фононов несегнетоэлектрической доменной системой. Внутри доменов фононы распространяются баллистически, рассеиваясь на доменных стенках (8*]. Нетрудно показать, чтс небольшое изменение скорости фононов в соседних доменах может привести к сильному изменению коэффициента отражения Фононое доменными стенками, и следовательно к изменению обсуждаем» кинетических величин.

п

Теория предсказывает ~ 5А„,„„ Е , что согласуете?

' - Мал I ро + п т \

с даьными эксперимента: ^ах *лтч>- Е' .

На основании зависимости от 1, величины 1

п.'чл 1ш1а

зависимости между <Нтах и 5Атах сделан вывод о том, что распространение тепловых импульсов в данном материале описывается в рамках задачи теплопроводности, где температура задана на поверхности генератора в вид« С>--функции в момент подачи импульса тока.

В пятой главе экспериментальные результаты, полученные в танталате калия методом тепловых импульсов, сравниваются о литературными данными, обсуждается механизм влияния электрического поля на тепловые свойства КТаОд. Проводится сравнение двух вишуальных сегнетоэлектпикон ЯгТ1П_ и КТяП-

и и

Гаспрои 1 ианенио ьькюкочйчтчиных нн]1*кцг»н»«ннк <|ононо? р

зависимости от температуры (2,2 - 3,8 К) изучалось в номинально чистом КТаОд на 8 образцах различной длины (0,5 - 3,0 мм), вырезанных вдоль направлений (100) и (НО), в режиме слабого перегрева инжектора фононов.

Регистрируемый болометром сигнал имел колоколообразный вид, характерный для диффузионного распространения. В эксперименте измерялось время прихода максимума фононной неравновесности.

Величина полученная непосредственно из эксперимента,

шах тр.

прресчитывалась в Показано, что пропорционально

Ъ ^ ±0»~) _ дтот результат согласуется о характерной для диффузионного распространения зависимостью ~ Ъ'~ (I).

Для объяснения наблюдаемой температурной зависимости I использовались дальне работ (7*-10*), которые в изучаемом интервале температур можно аппроксимировать следующим образом: С =А*Т° (где А - числ> нный коэффициент), а К «« сопн1 =

_9 ЧГ)

2,4*10 ~Вт/(см*К). Подстановка этих зависимостей в (I) дает ~ т°, что согласуете с дзшгими эксттягимонтп ' .

1 М||-1л

На образцах, вырезанных вдоль направления (ТОП;, изучалось влияние электрического поля (до 20 кВ/см) на распространение тепловых импульсов в КТаО^. Эти измерения проводились при температуре гелиевого термостата 3,4 К.

При приложении з.п-<ктр»че'"К()Го пол ' так же,как и в ЗгТЮ^, наблюдал' ",'ь ум>4ны1'".чи>* :<р>. М"ни ирку- «дн «кеимума <|ононний н^равнг'ри'.'нос'",' ^ и с уь^лич^нн'? амг.'-ктудц сигнала Агда>у. К.-.К и 1 •»«•"»• м'Л. ч ^"¡и '/..«.ли"!, '■тн'/'ит-л! ш;е изменения г и

Рис. 3..Зависимость 0гтах и ЗАтах от электрического поля Е в

КТа03 (100) Т=3,4 К: Ь=и -0,5 мм, • -0,9 мм, А -1,8 мм.

Ашах под Д^ствием электрического поля: 01^ х и САтах (рис. 3). Длина образца и полярность приложенного напряжения не влияли на величину бгтах и САтах. Из приведенных графиков видно, что бгшх и 5Атах примерно равны между собой по величине, как это было и в ЭгТЮд, но изменения этих величин (~1Ь%-20% при 20 кВ/см) существенно меньше, чем в БгЛОд, где б^тах " бАшак. " 60;5' Получено, что 104шах| ~ Е0Л±0'1 и ' |САтцх| ~ ¿^¿О,^

Для объяснения механизма влияния электрического поля на 1;тах и Атах в КТа03 использовалась модель, предложенная ранее (гл. 4) для титаната стронция, согласно которой увеличение скорости акустических фононов под действием электрического поля приводит к уменьшению теплоемкости: бс~10% [7*1 при Е--15кВ/см, и соответствующему изменению I ах в КТаОд, (теплопроводность в КТа03 в поле не меняется [8*, 9*)).,

Кроме того, исследовалось распространение неравновесных фононов в танталате калия, легированном литием (~ 5%), и получено, что 1;|ПЧХ в легированных образцах в предолах погрешности иэморений совпадает с 1тах в номинально чистом

танталате калия. Изменения величины ^^ и амплитуда сигнала в легированном материале под действием электрического поля не наблюдались: наличие примеси лития г.ызиьает пирелод кристалла в сегнетоэлектрическую фазу при 70 К, в изучаемой области температур материал находится вдали от перехода и использованная напряженность поля недостаточна для изменения свойств КТа0о: [,1.

В приложения вынесены математические выкладки: I вычисление интеграла по поверхности генератора и детектора для расчета сигнала болометра при иЛзипшти

тошюьцх ИМ11У.10-гт«о г.- г"ап0 о). - р°!!!л!П'0 задачи и распространении фононов в системе плсскопараллелышх доменов (к п.4.2.).

В заключении содержатся выводы настоящей работы.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ.

В настоящей работе метод тепловых импульсов впервые применялся для изучения распространения неравновесных высокочастотных (терагорцовых) акустических фононов в виртуальных сегнетозлектриках ЭгТЮ^ и КТаО^. Данная методика позволила исследовать свойства акустических фононов в указанных сегнетозлектриках при гелиевых температурах, т.е. вблизи виртуального сегнетоэлектрического перехода.

В работе получены следующие основные результаты: I. Распространение неравновесных фононов в обоих кристаллах происходит в диффузионном режиме, время прихода максимума Вононной неравновесности на детектор колстяствешм сг»глн -уе-т.-я о известной из литературы величиной температуропровидног-ти \ >. При интерпретации экспериментальных результатов необходимо учитывать влияние размеров генератора и детектора на измеряемый жгнал.

5. Распространение тепловых импульсов в титанате стронция тисывается в рамках задачи теплопроводности, где температура ¡адана на поверхности генератора- в виде б Функции в момент 1чдачи имиулюп тика. Основным механизмом рассеяния фононов в »том материей ь укпашнюй области температур является'рассеяние

- те -

на доменных стенках.

4. Во внешнем электрическом поле в обоих кристаллах наблюдается уменьшение времени прихода максимума фононной неравновесности на детектор и увеличение амплитуды сигнала детектора. Относительные изменения этих величин в сильном электрическом поле пропорциональны

5. На основании литературных данных выявлена зависимость относительного изменения теплоемкости и теплопроводности БгТЮ3 от электрического поля вида в сильных полях.

6. Часто используемые в литературе модели, в которых изменение тепловых свойств указанных кристаллов в электрическом поле объясняется влиянием поля на частоту фононов мягкой оптической моды, не могут использоваться при температурах .жидкого гелия, т.к. оптические фононы не возбуздены в указанной области температур.

7. Разработана теоретическая модель, согласно которой уменьшение теплоемкости титаната стронция и танталата калия при гелиевых температурах в электрическом поле объясняется увеличением скорости акустических фононов из-за возрастания жесткости кристаллической решетки под действием наведенной полем поляризации. Хотя фононы мягкой оптической моды не возбуждены в области низких температур, именно наличие мягкой мода, т.е. "мягкость" решетки, обусловливает большую величину диэлектрической проницаемости, сильную поляризуемость кристалла и изменение его акустических свойств во внешнем электрическом поле.

8. В танталате калия изменение амплитуды сигнала и времени прихода теплового импульса на детектор в присутствии электрического поля связано с увеличением жесткости кристаллической решетки и количественно согласуется с уменьшением теплоемкости.

9. В титанате стронция "гигантское" изменение сигнала на детекторе во внешнем электрическом поле объясняется не только увеличением жесткости кристаллической решетки, но и изменением рассеяния фононов несегнетоэлектричоской доменной системой, поэтому в основном обусловлено увеличением теплопроводности.

Цитируемая литература:

I? Гутфельд Р. Распространение тепловых импульсов. // "Физическая акустика" под ред. У. Мезона, t.V, М:Ыир, -Г/О. с. 267-329.

2! Иванов С.Н., Таранов 4.В., Хазанов Е.Н. Трансформация режима распространения неравновесных акустических фононов в твердых растворах гранатов. // ¡НЭТФ. 1985, т.89, ei;n, Ь(П). с. J.624-I829.

3* Ирвио» г А.Г., Ггражд Л.В..

Медленные процосси распространения слииоиораыюьвсньх {оноииь и смешанных кристаллах. // ЖоТФ. 1991, т.100, вып. 5(1[), с. I59I-IG05.

4? Данильченко В.А., Рожко С.Х. Фононопроводимсп'ь легированных кристаллов n-Ge. // ФТТ. 1990, т.32, »4, с.954-988.

б? Лайнс М., Гласс А. Сегнетоэлектрики и родственные ■ материалы. М:Мир, 1981, 736 с.

6? Б'аррет Г. Акустические свойства веществ со структурой типа перовпкита. /' "Физическая акустика", т. VI, М.:Мир, о. 90-138.

7? Lav;less W.N. Field-dependent specific, heats and soft modes In KTaOg and SrTlOg at lew temperatures //Phys. Rev. B. 1978, v. 18, p. 2394-2396.

B* Stelgmeler 2.F. Field effect 011 the Cochran Mode;; in SrTlOg and KTa03//Phya. Rev. 1968, v. 168, p. 523-530.

Э* Salce В., De Goer A.M., Boatner L.A. Study of "pure'' KTaOg and KTN single crystals by thermal conductivity Measurements down to 50 mK. /7 J. de Phys. 1931, v.42, 11.12. Coll. C6. Supp, p. 424-426.

io! Salce В., Calemcauk R., Bonjcur E., MJgonl R.L., Boatner L.A. Low temperature thermal properties cf KTa03 and KTa 97№>0 0303.// Proc. 2 Int. Conf. Phonon Phyelcs. Worid Scientific.' 1985, p. 979-981.

Результаты диссертации опубликованы в следующих работах:

I. Суслов А.В., Таганцев А.К. О влиянии геометрических Факторов г.а диффузионное распространение неравновесных фононов.

// Труды XV Всесоюзной конференции по акустоэлектронике и физической акустике твердого тела. Ленинград, 1991, ч.П, с.3-4.

2. Леманов В.В., Суслов A.B. Диффузионное распространение неравновесных фононов в KTaOg. // Труды XV Всесоюзной конференции по акустоэлектронике и физической акустике твердого тела. Ленинград, 1991, ч.2, с. 4-5.

3. Суслов A.B., Таганцев А.К. О влиянии геометрических факторов на диффузионное распространение неравновесных фононов. // ФТТ. 1992, Т. 34, вып. I, с. 197-204.

4. Суслов A.B. Диффузионное распространение неравновесных фононов в КТа03. // ФТТ. 1992, т.34, вып. I, .с. 317-319.

5. Леманов В.В., Суслов A.B. Влияние электрического поля на распространение неравновесных фононов в КТаОд и SrTlOg. // Тезисы докладов XXIX Совещания по' физике низких темпэратур. Казань, 1892, ч. 3, с. Т8.

6. Kagan V.D., Sualov A.V. Influence of the electric field on heat pulse propagation In SrTlOg. // Abstracts Book 8 International Meeting on Ferroelectrlclty. Galthersburg. USA. 1993, p. 188.

7. Kagan V.D., Suslov A.V. Influence of the electric field on heat pulse propagation In SrTlOg. // Ferroelectries. 1994, v. 155, p.115-119.

8. Каган В.Д., Суслов A.B. Влияние электрического поля на кинетику фононов в виртуальных сегнетоэлектриках при низких температурах. // Тезисы докладов XXX Совещания по физике низких температур. Дубна. 1994, ч. 2, с. 238-239.

9. Каган В.Д., Суслов A.B. Распространение неравновесных, фононов в виртуальных сегнетоэлектриках в присутствии электрического поля. // Тезисы докладов XVI Всероссийской конференций по акустоэлектронике и физической акустике твердого тела. Снктыькар, 19Э4, с. 16-19.

10. Каган В.Д., Суслов A.B. Влияние-электрического поля на распространение неравновесных фононов в SrTlOg. // ФТТ. 1994, Т. 36, вып. 9, с. 2672-2686.