Садовская Л.Я., Гоман А.А., Царьков В.Е.

ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ АНОМАЛИИ ПРИ ФАЗОВЫХ ПЕРЕХОДАХ В ТЕЛЛУРИТЕ СТРОНЦИЯ.

Фазовые переходы в твердых телах сопровождаются структурными изменениями, что сильно влияет на все механизмы поляризации независимо от того, играют ли они фундаментальную роль в переходе или нет. Так как диэлектрическая проницаемость ε отражает поведение поляризации, то большое значение в выявлении механизма фазового перехода (ФП) принадлежит изучению температурно-частотных характеристик диэлектрических параметров материала. Поэтому при изучении ФП исследованию диэлектрических свойств уделяется первостепенное внимание. В теллурите стронция SrTeO3 выявлены ряд последовательных ФП, два из которых ограничивают сегнетоэлектрическую фазу [1]. 

В данной работе диэлектрические свойства кристаллов SrTeO3 исследовались в температурной области, охватывающей три нижних перехода, температуры которых и название областей, разделяемых этими ФП, приведены в таблице 1.

 

Таблица 1. Последовательность фаз и ФП в SrTeO3

ФАЗА

α

β

γ

δ

Температура, К

                   344,5                 585                  758

                    ФП1                 ФП2                 ФП3

 

В кристаллах SrTeO3 сегнетоэлектрическая фаза γ ограничена переходами ФП3 (который является традиционным сегнетоэлектрическим ФП 2-го рода) и ФП2 (при котором спонтанная поляризация исчезает скачком).

Безымянный

На рисунках 1-3 представлены температурные зависимости компонент комплексной диэлектрической проницаемости ε* = ε׳ – iε׳׳ кристаллов SrTeO3 на различных частотах для сегнето- (010)   и несегнетоэлектрического (100) срезов.

 


Рис.1 Температурная зависимость действительной части диэлектрической проницаемости SrTeO3 среза (010) на частотах 1 кГц(1),10 кГц(2), 100 кГц (3), 1 МГц (4). На вставке – температурные зависимости ε׳ и ε׳׳ при ФП1.

 

Безымянный1

Для обоих кристаллографических направлений характерно возрастание диэлектрической проницаемости с ростом температуры и наличие аномалий при фазовых переходах. Как видно из рис.1 наблюдаются возрастание диэлектрической проницаемости с ростом температуры и наличие аномалий при ФП1 и ФП2, где имеют место скачкообразное увеличение ε׳  на ~ 5% и 50%  соответственно.  В области ФП3 ε׳ проходит через максимум. В δ и γ фазах в широком частотном интервале выполняется закон Кюри- Вейсса.

 


Рис.2  Температурная зависимость мнимой части диэлектрической проницаемости SrTeO3  среза (010) на частотах 1 кГц(1),10 кГц(2), 100 кГц (3), 1 МГц (4).

 

Поведение мнимой части диэлектрической проницаемости ε׳׳ при ФП2 и ФП3 аналогично поведению ε׳ . При ФП1 характер аномалий ε׳ и ε׳׳ различен (рис.1): ε׳ изменяется скачком, а  ε׳׳ проходит через максимум. 

Прохождение ε׳׳ через максимум при ФП1 можно связать с движением межфазовых границ и при ФП3 - с движением доменных стенок [2]. Отсутствие максимума при ФП2 , по-видимому, связано с

3

 


Рис.3 Температурная зависимость действительной части диэлектрической проницаемости SrTeO3 среза (100) на частотах 1 кГц(1),10 кГц(2), 100 кГц (3), 1 МГц (4). На вставке – температурные зависимости ε׳  и ε׳׳ при ФП1.

 

затруднением осцилляций доменных границ из-за большого значения коэрцитивного поля [1,2]. С другой стороны, исчезновение доменов при ФП2 может приводить к скачкообразному уменьшению потерь.

Для образцов несегнетоэлектрических срезов поведение диэлектрической проницаемости аналогично (рис.3). Различия заключаются в следующем: а) при ФП1 с ростом температуры ε׳ скачкообразно уменьшается, а не возрастает, как для среза (010); б) максимальные значения  ε׳ и ε׳׳ при ФП3 значительно меньшие, чем для сегнетоэлектрического среза.

Поскольку использовались образцы с естественной плоскостью скола (100), то вероятность появления максимума при Тр , связанного с неточностью ориентации, в этом случае мала. Более того, такие же аномалии ε(Т) при Тр наблюдаются и для другой плоскости скола (101) , точность ориентации которой легко проверяется оптическим методом – наблюдением фигур коноскопии в поляризованном свете. 

Таким образом, аномалии ε(Т) при ФП для несегнетоэлектрических срезов являются свойством, присущим самому материалу и свидетельствуют о том, что в кристаллах SrTeO3 возникновение Ps вдоль оси b  отражается на поведении ε в перпендикулярном направлении. Характер поведения диэлектрической проницаемости при рассматриваемых фазовых переходах подтверждает выводы термодинамического анализа фазовых переходов в теллурите стронция, рассмотренного в [3].

 

ЛИТЕРАТУРА

1.    Yamada T. New ferroelectric compound SrTeO3 / Y.Iwasaki // Appl. Phys. Lett. – 1972. – V.21,№ 3. – P.89-90.

2.    Yamada T. Ferroelectric, рiezoelectric and optical properties of SrTeO3  single crystals and phase transition points in thе solid solution systems / Y.Iwasaki // J. Appl. Phys. – 1973. – V.44, 9. – P.3934-3939.

3.    Садовская Л.Я. Термодинамический анализ фазовых переходов в теллурите стронция. / Боцьва Н.П// Вісник Дніпропетр. ун-ту. Фізика. Радіоелектроніка.-2010.- Вип.17.- С.40-44