Микроволновые исследования мягких мод в сегнетополупроводниках и сегнетоэлектриках

• Автор: Папротны, Влодзимеж Игнатьевич
• Шифр специальности: 01.04.10
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 1985
• Место защиты: Вильнюс
• Количество страниц: 138 c. : ил

Актуальность темы. В последнее время все больше внимание тривлекает обширный класс кристаллов, в которых происходят струк-гурные фазовые переходы, обусловленные изменением симметрии ре-петки. Обладая свойствами, уникальными по сравнению с магнитными фазовыми переходами, на изучение которых опиралось развитие теории, структурные фазовые переходы являются более сложными по 5Воей природе и их исследование расширяет тем самым наши представления о фазовых переходах вообще. Кроме того, большой интерес к структурным фазовым переходам обусловлен большими возмож-юстями технического использования связанных с ними явлений. На-мболее ярко эти явления проявляются в сегнетоэлектриках.
Принципиальную роль в развитии динамической теории сегнето-электричееких фазовых переходов сыграла разработанная В.Л.Гинзбургом, В.Кокреном и И.Андерсоном концепция мягкой моды, соглас-ю которой сегнетоэлектрический фазовый переход типа смещения сбусловлен обращением в нуль частоты одной из поперечных опти-геских мод колебаний решетки. Эта концепция, в дальнейшем успеш-ю распространенная и на фазовые переходы типа порядок-беспоря-юк, нашла свое подтверждение во многих экспериментах. Широкие юследования динамики решетки в последние годы показали однако, [то часто мягкая мода "замораживается”, т.е. ее частота в точке базового перехода не обращается в нуль, а имеет конечное значе-[ие и в спектрах рассеяния света в области фазового перехода пошляется центральный пик, поведение которого и отражает критическую динамику. При этом выяснилось, что традиционное разделение !азовых переходов на переходы типа смещения и порядок-беспорядок [ри динамическом.рассмотрении является в сильной степени условным - реальные кристаллы часто трудно отнести к какому-либо пре-ельному случаю. В связи с этим актуальной является задача де

гального исследования динамики сегнетоэлектрических фазовых переходов в широком интервале частот, включающем СВЧ диапазон,ко-горый во временном масштабе соответствует двум типам движения гастиц - быстрому, связанному с малыми колебаниями относительно лх квазиравновесного положения, и медленному, связанному со статистическим разупорядочением последних, и тем самым позволяет юлучить важную информацию относительно вклада обоих типов дви-кения в динамику фазового перехода.
Состояние вопроса. В качестве объектов исследований выбраны сристаллы, в которых исследования динамики фазового перехода в области СВЧ не проводились, либо проводились недостаточно де -гально: сегнетополупроводниковые твердые растворы БЬБ! Вг 1 легированные БЬБ! кристаллы - ХГС-2, полупроводниковые кри -зталлы ТиЗаБе2 , 53^220 и сегнетоэлектрики с водородными связями , РЬНБОд и .
Кристаллы типа БЬБ! испытывают фазовый переход, который звляется промежуточным между типа смещения и порядок-беспорядок, (ягкая мода, наблюдаемая в ИК спектрах, не объясняет ни большое значение статической диэлектрической проницаемости, ни ее тем-1ературное поведение согласно закону Кюри-Вейсса. В СВЧ области з этих соединениях обнаружена передемпфированная мягкая резонанс-зая мода, дающая основной вклад в статическую диэлектрическую фоницаемость, обусловленная сильным энгармонизмом колебаний 1томов. Замещения атомов сильно влияют на параметры мягкой моды з твердых растворах.

В SbSI. Br фазовый переход наблюдается во всем диапа

I - л Л
юне концентрации в интервале температур от 295 до 22,8 К, а в [ГС-2 - при температуре Тс = 330 К. Динамика фазового перехода з этих соединениях в области СВЧ не изучалась.
Недавно в полупроводниковом кристалле ТЮаБе2 в субмилли-'етровом диапазоне частот была обнаружена мягкая сегнетоэлектри-

ческая мода, частота которой переходит в СВЧ область. В инфракрасных спектрах и спектрах КР эта мода не наблюдалась из-за исключительно низкой ее частоты. Особенностью этой моды в суб-миллиметровом диапазоне частот вблизи фазового перехода является изменение характера ее динамики от резонансного в релаксационный. Тепловые, оптические и диэлектрические эксперименты на низких частотах указывают на возможность существования вблизи
Т в ТІ СаБе_ несоразмерной фазы. Поведение мягкой моды вблизи с
точки фазового перехода Тс не исследовано. Противоречивые данные относительно динамики фазового перехода в кристаллах Бгі2Р220.
Кристаллы и ЯЬНБОд - сегнетоэлектрики с водородными связями. Однако, если в СэЬ^РОд водородные связи играют решающую роль в сегнетоэлектрическом упорядочении, то в ЯЬНБО^ протоны на этих связях упорядочены как в сегнетофазе, так и в парафазе. Квазиодномерный характер взаимодействий в кристаллах типа СбН^РОд отражается в ряде особенностей физиче -ских свойств вблизи температуры Юори: диэлектрических, тепловых, упругих, оптических. Релаксационная динамика параметра порядка

в этих кристаллах изучена только на частотах до 10 Гц и в суб-миллиметровой области спектра вблизи Т. и описывалась на основе микротеорий, базирующихся на квазиодномерной модели Изинга, однако вопрос о применимости данной модели остается открытым, отсутствовали экспериментальные данные диэлектрической дисперсии в СВЧ области.
Для кристаллов кислого сульфата рубидия надежных данных о характере диэлектрической дисперсии в основной области частот

от 10 до 100 ГГц не существует. На частотах до 10* Гц динамика фазового перехода в ІЗЬНБО^ описывается релаксационной мягкой модой, но имеются разные данные относительно величины времени релаксации мягкой моды . В субмиллиметровом диапазоне частот

1> (ГГц)
Рис. 3.13. Спектры £'Ы) кристалла ЗЬЗ^д^Вгддд , рассчитанные с параметрами, приведенными на рис. ЗЛО для температур: I - 305 К, 2 - 310 К и 3 - 320 К. Точки - экспериментальные данные
м (ГГц)
эие. ЗЛ4. Спектры £"Ы) кристалла БЬЗГдд1 Вг0од . Обозначения как на рие. ЗЛЗ ’