Исследование процессов переключения спонтанной поляризации в высокотемпературном сегнетоэлектрике LaBGeO5

• Автор: Милов, Евгений Владимирович
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2005
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 178 с. : ил.

ГЛАВА 1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР
1.1. Современные представления о механизме процессов переключения спонтанной поляризации в модельных сегнетоэлектриках (ВаТЮз, ТГС, LiNb03)

1.2. Структура и свойства кристалла LaBGeOs
ГЛАВА 2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ МЕТОДИКИ
2.1. Образцы
2.2. Методика для исследования пироэлектрических свойств
2.3. Методика для исследования процессов переключения в высоких электрических полях до 300 kV/cm
2.4. Методика для исследования процессов переключения в установившемся режиме и в режиме одиночных импульсов с переменной скважностью
2.5. Методика исследования пьезоэффекта статическим методом
ГЛАВА 3. ПИРОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ЭФФЕКТ, СПОНТАННАЯ ПОЛЯРИЗАЦИЯ И ПЬЕЗОЭФФЕКТ В МОНОКРИСТАЛЛЕ LaBGeOs
ГЛАВА 4. ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ ПЕРЕКЛЮЧЕНИЯ СПОНТАННОЙ ПОЛЯРИЗАЦИИ КРИСТАЛЛА LaBGeOs В ИНТЕРВАЛЕ ТЕМПЕРАТУР 20 °С - 200 °С
ГЛАВА 5. ОСОБЕННОСТИ ПРОЦЕССОВ ПЕРЕКЛЮЧЕНИЯ СПОНТАННОЙ ПОЛЯРИЗАЦИИ КРИСТАЛЛА LaBGeOs В ИНТЕРВАЛЕ ТЕМПЕРАТУР ОТ 200 °С ДО 530 °С
ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА

Актуальность работы
Интерес исследователей к процессам переключения спонтанной поляризации в сегнетоэлектриках под действием электрического поля возник в начале пятидесятых годов и не ослабевает по сегодняшний день. Предприняты многочисленные попытки создать непротиворечивую теорию процессов переключения спонтанной поляризации и движения доменных границ в сегнетоэлектриках. В настоящее время сравнительно полное теоретическое описание этих процессов существует только для модельных сегнетоэлектриков с малой величиной коэрцитивного поля, таких как ВаТЮз и TTC. Однако, теория, описывающая процессы переключения в высококоэрцитивных (жестких) сегнетоэлектриках, таких как ЫЫЬОз, LiTa03, находится на стадии развития. В этом смысле исследование процессов переключения в монокристалле LaBGeOs имеет фундаментальное значение и представляет особый интерес, так как в районе 20 °С кристалл демонстрирует поведение «жестких» сегнетоэлектриков, а при повышении температуры величина его коэрцитивного поля плавно уменьшается и при высоких температурах ~400 -500 °С обнаруживаются особенности процессов переключения, во многом сходные с наблюдаемыми на модельных сегнетоэлектриках, таких как ВаТЮз и ТГС. В последние годы интерес к проблеме усилился в связи с открытием многих прикладных направлений применения сегнетоэлектрических материалов. Так, ведется работа по созданию устройств энергонезависимой памяти на сегнетоэлектриках [84]. В связи с этим становится актуальным исследование кинетики переполяризации в различных сегнетоэлектрических кристаллах и тонких пленках. Развивается направление, названное «доменной архитектурой», состоящее в создании искусственных доменных структур для некоторых практических применений. Примером устройств, в которых применяется искусственно созданные периодические доменные структуры, могут служить удвоители частоты света, построенные на принципе искусственного волнового квазисинхронизма. Наиболее распространенным методом получения таких доменных структур является метод переключения спонтанной поляризации под действием внешнего электрического поля [101-105]. Поэтому по сегодняшний день актуальны исследования процессов

стабилизации доменной структуры, эффектов экранирования, влияния примесей и дефектов кристаллической решетки, материалов электродов и процессов в области контакта электрод - кристалл на процесс переключения спонтанной поляризации. Монокристалл LaBGeOs может являться привлекательным объектом для создания устройств доменной архитектуры, так как он обладает устойчивой доменной структурой в интервале «рабочих» температур вблизи комнатной, а при повышенных температурах >~300°С спонтанная поляризация может быть переключена сравнительно малым электрическим полем.
Цели и задачи работы
Основной целью работы являлось исследование процессов переключения спонтанной поляризации в монокристаллах LaBGeOs под действием электрических полей напряженностью от ~1 до 300 kV/cm в широком диапазоне температур от 20 до 530 “С.
Для достижения данной цели были поставлены следующие задачи:
Разработать и изготовить установку для квазистатических пироэлектрических измерений в диапазоне температур 20 °С - 700 °С на образцах с пониженным электросопротивлением (~1 МО), позволяющую исключить влияние токов проводимости на результаты пироэлектрических измерений.
Разработать и изготовить установку для исследования процессов переключения спонтанной поляризации сегнетоэлектрических кристаллов под действием высоковольтных импульсов амплитудой до 12 kV (метод Мерца) и медленно меняющихся напряжений произвольной формы амплитудой до 15 kV в интервале температур 20 °С - 700 °С.
Определить температурную зависимость пирокоэффициента и спонтанной поляризации в высокотемпературном сегнетоэлекгрике LaBGeOs (LBGO) методом квазистатических пироэлектрических измерений. Определить условия получения монодоменного состояния. Статическим методом измерить независимые пьезомодули в монокристалле LBGO.
Исследовать кинетику переключения спонтанной поляризации в монокристаллах LaBGeOs под действием импульсных и медленно меняющихся

расстояние между максимумами составляло 0.7 К. Зависимость СР(Т) для образца №2 также демонстрировала дополнительный излом, отстоящий от максимума Ср на 0.7 К. Полученные аномалии были интерпретированы как возможное возникновение промежуточной фазы, индуцированной дефектами кристалла или примесями. Малое значение Л8=0.014К говорит о том, что в кристалле реализуется типичный для оксидных сегнетоэлектриков фазовый переход типа смещения. С другой стороны, малое значение константы Кюри С=3600 К, С»ЗТс характерно для фазового перехода типа порядок-беспорядок. Таким образом, диэлектрические и калориметрические измерения не позволили точно классифицировать механизм фазового перехода второго рода в ЬаВ0е05. В работе [91] исследованы низкочастотные моды комбинационного рассеяния света ЬаВОеСЬ в интервале температур 190 К - 1000 К. Обнаружено, что изменение числа мод при фазовом переходе находится в согласии с изменением в симметрии РЗі —>-РЗі21. Наблюдалось аномальное температурное поведение одной низкочастотной моды (148 сш'1 при Т=190 К); при приближении к Тс частота аномальной моды уменьшалась и возникало существенное уширение линии, что типично для мягких мод. Однако, в отличие от мягкой моды частота аномальной моды не стремилась к нулю при приближении к температуре фазового перехода. Выше Тс аномальная мода сливалась с другими низкочастотными модами на частоте 100 сш'1. В работе [93] проведены рентгеноструктурные и нейтронографические исследования структуры монокристалла ЬаВ0еО5 в диапазоне температур от 20 °С до 600 °С. На температурной зависимости объема элементарной ячейки, а также переметров тригональной ячейки я и с не было выявлено скачка при температуре фазового перехода. Пространственная симметрия пароэлектрической фазы была определена как Р3і21. Для сегнетоэлектрической фазы была определена пространственная симметрия РЗь что согласуется с результатами рентгеноструктурных исследований в [85, 86].