Список Литературы
Введение...........................................................................................З
1. Обзор Литературы..............................................................................9
1. Общая информация.............................................................................9
2. Обзор результатов исследования Кі.хІЛхТаОз (КЬТ), КТаі.),МЬ>Оз(КТЇ4), К|.хЬіхТаі.уМЬуОз
(КІЛ74)........................................................................................11
3. Обзор результатов исследования {(Ко ^ао.5)і.хЬіх}(МЬ|.уТау)Оз, морфотропная фазовая
граница........................................................................................19
2. Методы исследования:.........................................................................25
3. Исследования критической динамики К0 999^0 00 іТао.0974Ї^Ьо.002<>Оз.........................36
4. Исследование бессвинцового пьезоэлектрика Ьіо.огСКо^’аоЛо^ЬОз................................47
1. Температурная эволюция средней структуры....................................................47
2. Температурная эволюция диффузного рассеяния.................................................54
3. Динамика решетки кристалла (Ко.}Као.зУ9«Ьіо огМЮ3...........................................60
4. Физическая модель дисперсионных поверхностей................................................64
Заключение........................................................................................70
Список Литературы:................................................................................72
2
Введение
Ссгнетоэлектрические и пьезоэлектрические материалы сегодня привлекают огромный интерес, обусловленный широким практическим применением. Эти материалы используются в малогабаритных конденсаторах, модуляторах лазерного излучения, преобразователях, в качестве фоторефрактивных сред и датчиков и т. д. Интерес к практическому применению требует детального исследования свойств таких материалов и понимания микроскопических механизмов происходящих в них процессов. В последние годы мощным стимулом для создания новых сегнетоэлектрических материалов стал вопрос экологии. Сегодня одной из основных проблем при синтезе и применении соединений с высокими пьезоэлектрическими константами является содержание в них токсичного свинца. Использование свинец-содержащих соединений в ряде стран уже регулируются на государственном уровне директивами правительств (ИоНЗ 2006, ЕЬУ 2003, >УЕЕЕ 2004).
В настоящее время известно более 340 сегнетоэлектриков. Одной из самых распространенных групп сегнетоэлектрических материалов являются сегнетоэлектрики со структурой перовскита АВ03. В соединениях со структурой перовскита в вершинах ячейки, кубической в параэлектрической фазе, находятся атомы А, в центре ячейки расположен атом В, на гранях находятся атомы кислорода. Свойства этих соединений в значительной степени зависят от того, какие элементы находятся в позициях А и В.
Данная работа посвящена исследованию бессвинцовых соединений с перовскитной структурой. Особый интерес к объектам исследования связан, с их уникальными физическими свойствами, и с уже отмечавшейся проблемой поиска бессвинцовых сенето- и пьезоэлектрических материалов. Нами были исследованы два соединения. В первом из них - допированном литием (в А-позиции) и ниобием (в В-позиции) таналате калия -Ко.999Ыо.оо1Тао.о974НЬо.оо2б03 (КиШ) обнаружен гигантский диэлектрический
отклик с рекордным значением порядка 400000 (в статическом режиме) [1]. Физический механизм возникновения гигантского диэлектрического отклика до сих пор неясен. Во втором исследуемом соединении (Ко.5Као.5)о.98Ь1о.о2^0з (КЫИ) пьезоэлектрическая константа с!33 достигает значений более 300 пКл/н [2, 3], сравнимых со значениями в свинецсодержащим и широко используемым пьезоэлектриком цирконатом-титаната свинца (ЦТС) [4,5], поэтому К№4 является перспективным претендентом для его замены.
На сегодняшний день физическая природа возникновения гигантского пьезоэлектрического и диэлектрического откликов в исследуемых соединениях остаются неясными [6]. Поэтому стоящие за наблюдаемыми свойствами особенности микроскопической структуры и атомной динамики являются актуальными для исследования. Важными проблемами для исследуемых соединений, являются процессы перестройки структуры и критическое поведение возбуждений с учетом взаимодействия между акустическими и оптическими колебаниями кристаллической решетки. Поэтому в качестве основных методов исследования были выбраны рассеяние нейтронов и рентгеновского излучения, так как они являются одними из наиболее эффективных методов исследования процессов перестройки структуры и критических явлений [7, 8].
Цели и задачи диссертационной работы
Основной целью диссертационной работы является исследование микроскопических механизмов возникновения гигантского диэлектрического и пьезоэлектрического откликов методами рассеяния нейтронов и рентгеновского излучения.
Основные задачи:
1. Определение температурной эволюции фононных дисперсионных кривых для образца КЦГО и связи динамики решетки с возникновением гигантского диэлектрического отклика. Проверка
существования и роли конденсации критического возбуждения кристаллической решетки. Анализ роли взаимодействия акустических и оптических колебаний.
2. Определение низкочастотной динамики решетки для образца КИЫ и ее связи с возникновением гигантского пьезоэлектрического отклика. Получение температурной зависимости фононных дисперсионных кривых и поверхностей. Анализ роли взаимодействия акустических и оптических колебаний.
3. Исследование критического рассеяния и анизотропии диффузного рассеяния синхротронного излучения в КЫЫ в различных фазах. Построение трехмерных карт диффузного рассеяния в обратном пространстве для различных фаз, анализ изменения диффузного рассеяния и его связи с динамикой решетки.
4. Определение температурной эволюции параметров и объема ячейки и определение рода фазового перехода на основе исследования порошковой дифракции для образца КЫ14. Анализ с феноменологической точки зрения на основе определения спонтанных деформаций для исследуемого образца.
Научная новизна.
Все результаты, полученные в данной работе, являются новыми.
• Впервые получены дисперсионные кривые для акустических и низколежаших оптических фононов в соединении КЬТЫ в широком интервале температур. На основе анализа полученных данных подтверждено существование в КЬТЫ взаимодействия между акустических и оптических фононов.
• Впервые исследована температурная эволюция диффузного рассеяния в К№4 и обнаружено, что вращение поляризации при последовательности фазовых переходов происходит по двум
5
направлениям. Показано, что в согласии с имеющимися теоретическими представлениями в кристалле КЫЫ существует несколько путей изменения поляризации при переходе из тетрагональной в орторомбическую фазу.
• Впервые показано, что диффузное рассеяние синхротронного излучения в имеет динамическую природу и связано с сильным межмодовым взаимодействием. Получено адекватное модельное описание фононных дисперсионных кривых и характера диффузного рассеяния.
• Впервые проведен анализ совместности доменов тетрагональной и орторомбической фаз и показано, что оба обнаруженных изменения пути поворота поляризации в КИЫ являются равноправными.
Научная и практическая значимость работы
Изложенные результаты диссертации вносят существенный вклад, в развитие исследуемых перспективных материалов с уникальными свойствами. Использованные в работе методики расширяют и дополняют примененные ранее в изучении подобных соединений.
1. В работе показано, что изучение диффузного рассеяния рентгеновского излучения является мощным инструментом исследования в материалах со структурой перовскита, позволяющим однозначно прослеживать изменения направления поляризации образца в ситуациях сильного межмодового взаимодействия и затухания колебаний кристаллической решетки.
2. Использованная в работе модель взаимодействующих акустических и оптических колебаний позволяет адекватно описать не только форму фононных поверхностей и особенности диффузного рассеяния синхротронного излучения, но проследить их температурную эволюцию.
- Київ+380960830922