-2-
ОГЛАВЛЕНИЕ
Стр
5“
Введение...................................
Глава I. Ультразвуковые исследования сегнето-
электриков триглицинсульфэта и оегнетовой соли вблизи фазового перехода (обзор). . . 12
1.1. Обзор теоретических и экспериментальных работ по аномальному поглощению и скорости звука в сегнетовой соли ... II
1.2. Обзор работ по исследованию скорости и поглощения ультразвука в триглицин-сульфате (ТГС) вблизи точки фазового перехода......................................’20
Глава 2. Теория импедансного метода измерения
скорости и поглощения звука в веществе . .32’
2.1. Отражение звуковой волны от полубес-
2.2. Применение импедансного метода для исследования тонких пленок ................. Ък.
2.3. Применение импедансного метода для исследования монокристаллов. Отражение
звука от двухслойной системы . . . 36
2.4. Алгоритм предварительного расчета скорости и поглощения звука для двухслойной системы................................Ь9
Глава 3. Методика измерений модуля и фазы коэффициента . отражения и описание экспериментальной уста-
3.1. Описание экспериментальной установки...*//
3.2. Методика измерения модуля коэффициента
конечного слоя
лго
новки
и
отражения
50
-з-
3.3. Методика измерения фазы коэффициента отрэасбния.......................................53
3.4. Апробация экспериментальной установки 59 Глава 4. Условия распространения кзэзипродольных волн
по направлению [00l] в триглицинсульфате и по направлению [ОН] в сегнетовой соли при фазовых переходах........................................6|
4.1. Условия распространения квазипродольных волн в ТГС и сегнетовой соли вдали от точки фазового перехода..........................6/
4.2. Условия распространения квазипродольной волны в ТГС по направлению[001] вблизи точки фазового перехода ........................ 63
4.3. Условия распространения квазипродольных волн в сегнетовой соли по направлению [Oll]
вблизи точки фазового перехода ........... 6?
Глава 5. Экспериментальные исследования поглощения и скорости ультразвука частотой 120 МГц в триглицинсульфате и сегнетовой соли в окрестности фазового перехода.........................................
5.1. Экспериментальные результаты измерений модуля и фазы коэффициента отражения и определение поглощения и скорости звука
в кристаллах ТГС...........................?■£
5.2. Сопоставление экспериментальных температурных зависимостей коэффициента поглощения и скорости квазипродольных волн частотой 120 МГц в ТГС с результатами низкочастотных ультразвуковых измерений 88
5.3. Экспериментальные результаты измерений модуля и фазы коэффициента отражения и температурные зависимости поглощения и скорости в кристаллэх сегнетовой соли вблизи верхней точки фазового перехода $3
5Л. Сопоставление экспериментальных
температурных зависимостей коэффициента поглощения и скорости квэзипродольных волн частотой 120 МГц в сегнетовой соли с результатами низкочастотных ультразвук овых измерений.......................
Выводы . . Литература
102
ЮГ
-5-
ВВЕДЕНИЕ
Температурные и частотные зависимости поглощения и скорости звука в диэлектрических кристаллах определяются релаксационными процессами установления термодинамического равновесия. При воздействии звуковой волны кристалл выходит из состояния термодинамического равновесия: возникает сдвиг фаз между напряжением и деформацией звуковой волны, что приводит к поглощению и дисперсии скорости звука. Релаксационный характер поглощения сильнее всего проявляется, когда период звуковой волны близок к времени релаксации или превышает его.
При воздействии звуковой волны на сегнетоэлектрик величина поляризации отклоняется от равновесного значения, поскольку она связана с деформацией звуковой волны посредством пьезоэлектрического или электрострикционного эффектов. Вблизи точки фазового перехода это приводит к аномальному затуханию ультразвука. Исследование аномального поглощения и скорости ультразвука вблизи фазового перехода позволяет исследовэть кинетические процессы, происходящие при этом и определить значение кинетического коэффициента и температурную зависимость времени релаксации.
В 1954 году Ландау и Халатников [I] рассмотрели температурную зависимость поглощения звука в жидком гелии вблизи его фазового перехода второго рода и показали, что время релаксации параметра порядка Т должно расти с приближением к температуре перехода. В связи с этим должно наблюдаться аномально большое релаксационное поглощение звука вблизи температуры перехода в жидком гелии. Это полностью подтвердило экспериментальные результаты работы Чейза [5] .
Впервые теорию Лэндэу-хэлатникова применительно к поглощению звука в сегнетоэлектрических кристаллах при их фазовых пере-
/
-6-
ХОДЭХ ЭКСПврИЫ0НТ8ЛЬНО проворили И.А. ЯКОВЛ0В И Т.С.В0ЛИЧКИН8[б]. Они исследовали на частоте 5МГц импульсным методом на прохождение поглощение поперечных волн в сегнетовой соли вблизи ее верхней точки Кюри и обнаружили аномальное релаксационное поглощение этих волн с максимумом в точке Кюри. Это поглощение вызвано пьезоэлектрической связью между сдвиговой деформацией и электрической поляризацией, являющейся параметром порядка при фазовом переходе второго рода в сегнетоэлектрикэх. Рост времени релаксации поляризации приводит к увеличению сдвига фаз между напряжением и деформацией в звуковой волне и соответствующему росту ее релаксационного поглощения.
Температурная и частотная зависимость аномального поглощения, рассчитанная авторами работы [б] для этого случая удовлетворительно описала экспериментальные результаты,и в [б] впервые была определена температурная зависимость времени релаксации при фазовом переходе в сегнетовой соли и величина кинетического коэффициента. Эта работа открыла новое направление в физической акустике твердого тела - исследование условий распространения звука в сегнетоэлектрикэх вблизи их фазовых переходов второго рода.
В 1964 году в работе 0"Брэйенэ и Литовитцэ [21] было исследовано поглощение ультразвуке в сегнетоэлектрике триглицинсуль-фате (ТГС), обусловленное электрострикционной связью между деформацией упругой волны и поляризацией. Исследования проводились для квазипродольных волн, распространяющихся по оси 2 кристалла на частотах от 15 до 125 МГц импульсным методом на прохождение. Обнаруженная зависимость поглощения и скорости .звука от температуры и частоты в этом случае оказалась аналогичной полученной Ландау и Хэлатниковым для гелия, и существенно отличается от случая сегнетовой соли. Но уже на частоте 65 МГц не удалось
-7-
измерить аномальное поглощение в максимуме ввиду того, что в этом случав величина максимального поглощения линейно возрастает с частотой и при этом методом на прохождение невозможно зарегистрировать сигнал, прошедший через образец.
Таким образом, в ходе исследований аномального поглощения звука на частотах 10^-10^ Гц в сегнетоэлектриквх были выявлены два основных механизма поглощения, один из которых обусловлен связью между деформацией упругой волны и поляризацией посредством пьезоэффекта (сегнетовая соль), а в другом эта связь определяется электрострикцией (ТГС).
Экспериментальная проверке релаксационной зависимости условий распространения ультразвука требует изменения шъг на двэ-три порядка, что в молекулярной акустике достигается измерениями в широких интервалах температур и частот. В случае фазовых переходов в, оегнетоэлектриках соответствующие изменения сит достигаются изменением температуры за счет сильной температурной зависимости 'С вблизи точки фазового перехода. Температурные и частотные зависимости поглощения в ТГС и сегнетовой соли исследовались в основном на низких ультразвуковых чаототах порядка 10^-Ю7 Гц (6-15, 34-4-7). При этом температурный интервал, где 10<Съ{ в ТГС составляет всего 10“^-10“%, что затрудняет проверку теоретических зависимостей релаксационного поглощения и скорости звука. В соответствии с этими зависимостями, с увеличением частоты должно происходить расширение температурного интервала вблизи точки фазового перехода, в котором период колебаний ультразвука одного порядка и меньше времени релаксации, т.е. где сотг?! . Расширение этого интервала температур, особенно в кристалле ТГС, должно позволить более подробно изучить в нем температурные зависимости поглощения и скорости звука. Однако, применяемая для определения поглощения и скорости звука импульсная
методика измерений, использующая сигналы, проходящие через исследуемый кристалл, не позволяет проводить измерения в условиях сильного и растущего с увеличением частоты аномального поглощения звуке вблизи температур фазовых переходов в кристаллах.
Повтому основной задачей диссертации явилось исследование коэффициента поглощения и скорости распространения ультразвука в сегнетоэлектриках ТГС и сегнетовой соли на более высокой частоте (120 МГц), для решения которой впервые применена импульсная импедвнсная методика измерений поглощения и скорости ультразвука, использующая сигналы, отраженные от границы разделе исследуемого вещества с акустической линией задержки, обладающей сравнительно малым поглощением звуке. Измерения модуля коэффициента отражения и изменений фазы отраженного сигнала позволяют определить в каждой температурной точке абсолютные значения скорости и коэффициента поглощения в исследуемом веществе. В диссертации рэзрэботанэ методика этих измерений для тонких образцов кристаллов с учетом акустических свойств склейки и создана установка, обеспечивающая измерения температурных зависимостей модуля и фазы коэффициента отражения на частоте 120 МГц. В результате применения импедансного метода впервые проведены измерения температурных зависимостей коэффициента поглощения и скорости квазипродольных волн в кристаллах сегнетовой соли и ТГС в сплошных интервалах температур, включающих их точки фазовых переходов на частоте 120 МГц. Повышение частоты ультразвука действительно привело к расширению интервала температур, где шчг>. 1 . это
позволило более подробно исследовать условия распространения ультразвука вблизи точки фазового перехода и определить основные кинетические характеристики исследуемых кристаллов - величину кинетических коэффициентов и температурные зависимости времени релаксвции.
- Київ+380960830922