Сегнетоэластические свойства виртуального сегнетоэлектрика SrTiO3 и твердых растворов на его основе

• Автор: Ухин, Евгений Викторович
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2003
• Место защиты: Воронеж
• Количество страниц: 153 с.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

ГЛАВА 1. СТРУКТУРА И СВОЙСТВА КРИСТАЛЛА 8гТЮ3 И

ТВЕРДЫХ РАСТВОРОВ НА ЕГО ОСНОВЕ

1.1. Особенности физических свойств виртуального сегнетоэлектрика 5гТЮ3 и материалов на его основе

1.1.1. Кристаллическая структура и свойства монокристалла 5гТЮ3

1.1.2. Особенности физических свойств твердых растворов на

основе БгТЮэ

1.2. Механизмы амплитудной зависимости внутреннего трения

1.3. Спонтанное закручивание сегнетоэластических кристаллов ниже точки Кюри

1.4. Низкочастотный механизм внутреннего трения при сегнетоэластическом фазовом переходе 2-города

1.5. Постановка задачи исследования

ГЛАВА 2. МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТА
2.1. Обоснование выбора методики исследование
2.2. Установка для комплексных исследований инфранизкочастотных механических свойств твердых тел
2.3. Расчет внутреннего трения, модуля сдвига и погрешностей измерения
2.4. Подготовка и аттестация образцов
ГЛАВА 3. НИЗКОЧАСТОТНЫЕ УПРУГИЕ И НЕУПРУГИЕ
СВОЙСТВА В ОКРЕСТНОСТИ ТОЧКИ КЮРИ
3.1. Температурные зависимости внутреннего трения и модуля
упругости для кристалла БгТЮз
3.2. Внутреннее трение и упругие свойства твердого раствора 8гТЮ3-8г1у^1/зМЬ2/зОз

ГЛАВА 4. МЕХАНИЧЕСКАЯ НЕЛИНЕЙНОСТЬ БгТЮз
4.1. Амплитудные зависимости (У1 и С?, в кристалле 8гТЮ3, обусловленные дислокационным гистерезисом
4.1.1. Дислокационные амплитудные зависимости в твердых растворах на основе 8гТЮз
4.1.2. Амплитудные зависимости (У1 в сегнетокерамике РЬ(Рео,5КЬо,5)Оз
4.2. Амплитудные зависимости в кристалле 8гТЮ3, обусловленные динамикой доменных стенок
ГЛАВА 5. ЭФФЕКТ СПОНТАННОГО ЗАКРУЧИВАНИЯ ПРИ
СЕГНЕТОЭЛАСТИЧЕСКОМ ФАЗОВОМ ПЕРЕХОДЕ
5.1. Экспериментальное исследование самопроизвольного закручивания кристалла 8гТЮ3 в точки Кюри
5.2. Обсуждение эффекта спонтанного закручивания кристалла на основе доменной модели
ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ
ЛИТЕРАТУРА
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность темы. Физика сегнетоэластических и родственных явлений и тесно переплетающаяся с ней физика структурных фазовых переходов принадлежат к важнейшим и быстро развивающимся разделам фундаментальной физики твердого тела, а сегнетоэластические материалы благодаря уникальным физическим свойствам находят все более широкое применение в опто- и акустоэлектронике, информатике и измерительной технике, а также в других отраслях современной промышленности. Специфика физических свойств сегнетоэластиков в основном определяется существованием у них в определенном температурном интервале спонтанной реориентируемой деформации, а также наличием и динамикой доменной структуры.
Титанат стронция БгТЮз является виртуальным сегнетоэлектриком и квантовым параэлектриком, в котором квантовые флуктуации и наличие сегне-тоэластического фазового перехода при 7с«105К препятствуют реализации сегнетоэлектрического фазового перехода. Поэтому, изучение сегнетоэластических свойств титаната стронция в широком интервале температур при различных внешних воздействиях представляет безусловный интерес, особенно если учесть, что из-за методических и других трудностей эти свойства исследованы крайне мало.
Для выявления особенностей специфических сегнетоэластических свойств кристалла 8гТЮз и их влияния на возникновение в нем сегнетоэлектрической фазы ценную информацию могут дать исследования на низких и инфранизких частотах, на которых особенно ярко проявляется взаимодействие дефектов кристаллической решетки друг с другом, причем со специфическими механизмами таких взаимодействий. Однако, несмотря на очевидную научную и прикладную важность изучения особенностей физических свойств на низких и инфранизких частотах, к моменту начала данного исследования практически отсутствовали работы, посвященные изучению механической нелинейности и спонтанного кручения кристалла БгТЮз и твердых растворов на его основе.
напряжением. Очевидно, что вращение образца может возникнуть лишь при отсутствии баланса между доменами с разным знаком спонтанной деформации, то есть если образец является «унидеформированным» (по аналогии с униполярным состоянием образца в сегнетоэлектриках) из-за неоднородности распределения дефектов кристаллической решетки. Тем не менее, из-за малого количества тщательно выполненных экспериментальных результатов до сих пор нет полного понимания природы спонтанного закручивания сег-нетоэластиков ниже Тс и связи обнаруженного эффекта с доменной структурой образца.
Как отмечалось выше, титанат стронция 8гТЮ3 испытывает несобственный сегнетоэластический фазовый переход при 7с*110К. Причем этот структурный фазовый переход сопровождается не только деформацией решетки, но также вращением в противофазе соседних октаэдров ТЮ6 относительно одной из кубических осей. В отличие от других сегнетоэластиков, испытывающих фазовые переходы типа «смещения», в которых наблюдался эффект спонтанного закручивания и эффект памяти формы [101-104,111,109,110], кристалл 5гТЮз характеризуется спонтанным тетрагональным искажением решетки, поэтому интересно выяснить, будут ли результаты исследования механических свойств в низкотемпературной фазе БгТЮз аналогичны полученным ранее на других кристаллах и как можно их объяснить.
1.4. Низкочастотный механизм внутреннего трения при сегнетоэластическом фазовом переходе 2-го рода
Аномальные потери механической энергии вблизи фазового перехода 2-го рода в сегнетоэластиках могут быть обусловлены специфическим механизмом, связанным с возникновением и перестройкой мелкодоменной структуры. Суть механизма заключается в том, что фазовый переход в реальном кристалле осуществляется в условиях существования механических напря-