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 ε<sub>max</sub> снижается. Изменение ε`(Т) по гиперболическому закону, выполнение закона “ двойки “ для С, нелинейный характер изменения Р_s(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``<sub>max</sub> 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 SrTeO<sub>3</sub> , величина которых не позволяет связать наблюдающуюся дисперсию ε<sub>max</sub> с доменными эффектами. Дисперсию ε` и ε`` в широком частотном и температурном интервалах можно объяснить прыжковым механизмом проводимости кристаллов SrTeO<sub>3</sub> . В частности, при прыжковом механизме ε`` = σ/(ε₀ω) ~ ω^s-1, т.е. характер зависимости ε``(ω) будет определяться величиной s , что и наблюдается экспериментально. Установлено, что закономерности поведения ε` и σ<sub>~</sub> ( гиперболическая зависимость σ<sub>~</sub> (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