Фізика
твердого тіла
К.ф.-м.н. Л.Я.Садовская, к.ф.-м.н.
С.В.Власова,
к.ф.-м.н. Е.В.Елина
Днепропетровский
национальный университет
Закономерности поведения диэлектрической проницаемости
в теллурите стронция
Теллурит стронция SrTeO3 является одноосным сегнетоэлектриком с
5 фазовыми переходами при 344,5 К (ФП1), 585 К (ФП2),
758 К (ФП3), 1068 К (ФП4) и 1268 К (ФП5). Все фазовые переходы (ФП)
осуществляются с сохранением моноклинной симметрии ,
из них ФП1, ФП2, ФП4 и ФП5 - переходы 1-го рода, а ФП3 - 2-го. Сегнетоэлектрические
свойства наблюдаются в области между ФП2 и ФП3. Здесь
имеют место петли сегнетоэлектрического гистерезиса и пьезоэлектрический
сигнал, возникающий при ФП3 и скачком исчезающий при ФП2.
Исследования последовательных фазовых переходов, каждый из которых имеет свои
характерные особенности, позволяет в рамках одного кристаллического соединения
изучать связь состав – структура - свойства. Различную природу фазового
перехода можно выявить, исследуя особенности аномалий физических свойств в окрестности
фазового перехода. В данной работе рассматриваются закономерности поведения
диэлектрических свойств этих кристаллов . Измерения
электрических параметров на переменном токе осуществлялись в температурном
интервале 295-790 К и в диапазоне частот 250 – 5*107 Гц на образцах сегнето- и несегнетоэлектрического
срезов. Толщина используемых образцов 0,3 – 3,5 мм. В качестве электродов
использовались индий - галлиевая паста или платина, нанесенная методом
катодного распыления.
Для образцов SrTeO3 различных кристаллографических направлений характерно
возрастание диэлектрической проницаемости с ростом температуры и наличие
аномалий при фазовых переходах. В
температурной зависимости действительной части диэлектрической проницаемости
для сегнетоэлектрического среза (010) обнаружены скачкообразное возрастание ε` на 3-8% при ФП1 и 50% при
ФП2. В окрестности ФП3 диэлектрическая проницаемость проходит через максимум и выполняется закон Кюри - Вейсса.
Установлено, что с ростом частоты постоянная Кюри – Вейсса С уменьшается в окрестностях ФП3, а εmax снижается. Изменение ε`(Т) по гиперболическому закону, выполнение закона “
двойки “ для С, нелинейный характер изменения Рs(Т) подтверждает собственным характер
сегнетоэлектрического перехода ФП3. Некоторое отклонение от закона “ двойки “
можно связать с пренебрежением
поправочным членом на адиабатичность, учет
которого в соответствии с выводами термодинамической теории, в других
кристаллах приводит к хорошему согласию экспериментальных и теоретических
результатов.
Для образцов несегнетоэлектрического среза
температурная зависимость ε имеет , в основном, аналогичный характер, однако при ФП1 ε` скачком уменьшается , а величина ε`max и ε``max на всех частотах при ФП3 значительно
меньше, чем для среза (010). Температуры аномалий ε`
и ε`` при всех фазовых переходах практически
совпадают и не зависят от частоты измерительного поля. Таким образом, аномалии
температурной зависимости диэлектрической проницаемости при фазовых переходах для несегнетоэлектрических
срезов показывают, что возникновение спонтанной поляризации вдоль полярной оси
отражается и на поведении ε в перпендикулярном
направлении.
Обнаружена дисперсия ε. Выделено ее
несколько областей. Четко проявляется низкочастотная дисперсия, которая завершается
в области десятков килогерц. Вторая область наблюдается в окрестности ФП3 и
продолжается вплоть до верхней границы исследуемого частотного интервала. Оценены
частота пьезоэлектрического резонанса (1,3 - 1,5 МГц) и вклад
пьезоэлектрического зажатия в ε` (~ 14%) для
кристаллов SrTeO3 , величина которых не позволяет
связать наблюдающуюся дисперсию εmax с доменными эффектами. Дисперсию ε` и ε`` в широком
частотном и температурном интервалах можно объяснить
прыжковым механизмом проводимости кристаллов SrTeO3 . В частности, при прыжковом
механизме ε`` = σ/(ε0ω) ~ ωs-1, т.е. характер зависимости ε``(ω) будет
определяться величиной s , что и наблюдается
экспериментально. Установлено, что закономерности поведения ε`
и σ~ ( гиперболическая
зависимость σ~ (Т) в окрестности ФП3,
уменьшение постоянной Кюри – Вейсса с ростом частоты и резкое снижение ε`max ) хорошо согласуются с выводами
теоретической работы [1] о сильном влиянии мягкой моды на электронную
подсистему кристаллов SrTeO3 при сегнетоэлектрическом ФП 2-го рода.
1. Lines
M.E. Lokal field effects in ionic conductors. – Phys.
Rev., 1979, v.19,N.2, p. 1183 – 1188.
elina@ff.dsu.dp.ua