Диэлектрические свойства кристаллов KDP с примесями сложного состава (1102646), страница 5
Текст из файла (страница 5)
Таким образом, уменьшение удельного сопротивления для примесныхкристаллов, вероятно, связано с уменьшением энергии активации переносчиковзаряда. Но так как строгой зависимости не прослеживается, нельзя исключать ивозможность изменения концентрации переносчиков заряда или их мобильности впримесных кристаллах.кристаллKDP-0aKDP-1(Pyramid)KDP-1(Prism)KDP+A (Pyramid)KDP+A (Prism)KDP+CSB (Pyramid)WA, эВ0,440,430,650,520,770,65кристаллKDP+R (Pyramid)KDP+R (Prism)KDP+XO (Pyramid)KDP+XO (Prism)WA, эВ0,670,700,650,73Таблица 2. Значения энергии активации механизма проводимости прикомнатных температурах для чистых и примесных кристаллов KDP.Анализ всех экспериментальных данных позволяет провести сравнениехарактера влияния примесей различной природы на физические свойствакристаллов KDP.Органические молекулы, входящие в пирамидальные сектора роста, тольконезначительно влияют на свойства этого сектора, без изменения температурыфазового перехода, и в то же время оказывают косвенное влияние напризматический сектор кристалла, а именно − значительно увеличивая доменныйвклад в диэлектрическую проницаемость в этом секторе.
Предположительно,характерной особенностью этих органических соединений является способность ккомплексообразованию с фоновыми примесями, что нейтрализует их блокирующеедействие на призматический сектор, что приводит к его очищению и как следствие −увеличению подвижности доменных стенок.В случаях вхождения неорганических молекул в призматический сектор, какионов хрома, так и сложных молекул рутениевого комплекса, наблюдаетсясущественное уменьшение доменного вклада в диэлектрическую проницаемостьэтого сектора, что происходит, вероятно, за счет прямого действия молекулпримеси, уменьшающего подвижность доменных стенок. В то время какдиэлектрическая проницаемость пирамидальных секторов не подвержена такомувлиянию.При этом, в случаях вхождения молекул примеси в призматические сектора,устойчиво наблюдается сдвиг температуры фазового перехода. По-видимому, этопроисходит за счет прямого внедрения и искажения решетки кристалла.
Нельзясделать вывод, что это характерно только для неорганических примесей, так какподобный сдвиг наблюдался ранее и для органического соединения − гематеина,поэтому можно предположить, что это явление характерно именно для случаявхождения молекул в призматический сектор. Хотя это может быть связано нестолько с особенностями призматического сектора, сколько с определенным типоммолекул примесей, которые абсорбируют только призматические сектора кристалла.Можно подытожить, что характерной особенностью примесей, внедряющихся впризматические сектора KDP, является прямое взаимодействие с элементами20структуры кристалла, за счет чего происходит значительное подавление доменноговклада и сдвиг точки Кюри этого сектора, без оказания сильного влияния напирамиду. Для сложных органических соединений, абсорбирующихся впирамидальные сектора роста, характерна способность к комплексообразованию сфоновыми примесями, что приводит к косвенному воздействию на свойствапризматического сектора – его очищению и увеличению доменного вклада вдиэлектрическую проницаемость.
Первые оказывают влияние на сектор внедрения,вторые – наоборот − на «свободный» сектор. В обоих случаях наибольшаямодификация наблюдается для призматического сектора кристалла, который, повидимому, играет особенную роль как при выращивании, так и при определениифизических свойств кристалла.−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−В заключение в таблице 3 приведены характеристики всех исследованных вданной работе кристаллов. В частности, для каждого сектора кристалла приводитсязначение доменного вклада в диэлектрическую проницаемость, которые мыпредложили рассчитывать в процентах от максимума εC . По этим данным хорошовидно кристаллы как с аномальной подвижностью доменных стенок, так и сподавленным вкладом в диэлектрическую проницаемость в полярной фазе.−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−Столбцы таблицы:«Кристалл»: расшифровка параметров кристаллов и формулы примесей приведены в таблице 1.«Сектор» – сектор роста кристалла; сектор внедрения молекул примеси выделен фоновымцветом.C – концентрация молекул примеси (ppm).ТС – точка Кюри (максимум εC ), TF − температура замораживания доменной структурыε max − максимальное значение εC (в точке Кюри).ε DOM − величина доменного вклада в диэлектрическую проницаемость(при фиксированной температуре 110 К), в процентах от ε maxtg δ max − величина максимума угла диэлектрических потерь (при температуре TF ).tg δ RT − величина угла диэлектрических потерь при комнатной температуре (293 К).Ск-в − константа Кюри-Вейса.Hyst.
– величина температурного гистерезиса εC в полярной фазе в окрестности фазовогоперехода (оценена как относительная разница между величиной εC при охлаждении инагреве при фиксированной температуре 121К).−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−− • −−• −− • −− • −− • −−−2122KDP+AKDP+CSBKDP+XOKDP+RKDP+CrKDP-3KDP-2KDP-1KDP-0КристаллметодскоростногоростаC, ppm103ε max ,ε DOM ,%121,68121,70121,66121,7121,6121,68121,645,54,83,43,84,13,73,697145385623241ЧИСТЫЕ КРИСТАЛЛЫ KDPТС, К82,1н\д8688,579,19085TF, К0,48н\дн\дн\д0,120,55≈ 0,55tg δ maxн\дн\дPyramidPrism87,679,079,780,581<770,700,660,680,840,22−92135335≈ 70121,82121,62121,64121,744,45,74,05,31344259480,07983,289,10,080,760,191,04Таблица 3.
Характеристики всех исследованных кристаллов(расшифровка столбцов – на пред. стр.)до 1000-5до 1000-54554172897579893612PyramidPrismPyramidPrism3,52,83,53,03,24,5н\дн\д121,68121,54121,52121,62121,64121,262854≈3≈21018710-3tg δ RT ,КРИСТАЛЛЫ KDP С ПРИМЕСЯМИ ОРГАНИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ − КРАСИТЕЛЕЙн\дPyramid1,4121,72,98493н\дPrism5,5121,62,46888Prism232294PyramidКРИСТАЛЛЫ KDP С ПРИМЕСЯМИ НЕОРГАНИЧЕСКИХ МОЛЕКУЛ И ИОНОВPyramidPyramidPrismPyramidPrismPyramidPrismСектор3,12,94,53,44,03,83,23,03,43,13,33,13,75,03,93,23,23,13,1Ск-в ,1032165161н\д<11<1<13311н\д1н\д<1153Hyst.,%III. Основные результаты и выводы• 1. Установлено, что диэлектрические свойства кристаллов, полученные разнымиметодиками роста («классической» и скоростной), отличны.
Скоростная методикароста кристалла KDP приводит к определенному увеличению концентрациидефектов структуры, ограничивающих подвижность доменных стенок вследствиепиннинга, что приводит к уменьшению доменного вклада в диэлектрическуюпроницаемость по сравнению с классическим медленным ростом.• 2. Обнаружено, что диэлектрические свойства различных секторов одного и тогоже монокристалла KDP – пирамидального {101} и призматического {100} − различны,что обусловлено неравномерным распределением фоновых примесей (катионовтрехвалентных металлов Fe3+, Al3+ Cr3+), абсорбирующихся в кристалл в процессероста и определяющих его дефектную структуру. Вхождение меньшего количествакатионов металлов в призматический сектор при скоростном росте ослабляетблокирующее действие фоновых примесей и обуславливает хорошее развитие этогосектора при росте кристалла по данной методике.• 3.
В случае внедрения в кристалл KDP наиболее простых примесей –металлических ионов хрома (Cr3+) происходит заметное изменение диэлектрическихсвойств кристалла: сдвиг точки Кюри в сторону низких температур, уменьшениедоменного вклада в диэлектрическую проницаемость. Причина модификациидиэлектрических свойств кристалла − определенная фиксация доменной структурыза счет пиннинга доменных границ на дефектах, возникающих при прямомвнедрении ионов хрома в кристаллическую решетку.• 4. Показано, что избирательное вхождение примеси сложных неорганическихмолекул K4[Ru2Cl10O] (рутениевый комплекс) в призматические сектора кристаллаприводит к почти полному подавлению доменного вклада в диэлектрическуюпроницаемость этого сектора кристалла, тогда как диэлектрические свойствапирамидального сектора практически идентичны свойствам кристалла без примеси.Обнаружено, что максимум εс в секторе, содержащем примесь, сдвинут на 0.38±0.05 Кв сторону низких температур по сравнению с чистым кристаллом.• 5.
Вхождение в кристалл молекул органических соединений Chicago Sky Blue иAmaranth, несмотря на малую концентрацию, оказывает существенное влияние надиэлектрические свойства кристалла. Установлено, что молекулы красителей,избирательно входя в пирамидальный сектор кристалла KDР, оказывают косвенноевоздействие на диэлектрические свойства призматического сектора − вследствиеэффективного взаимодействия с фоновыми примесями. Благодаря эффектукомплексообразования молекул красителей с ионами металлов нейтрализуетсядействие последних на величину дефектности призматического сектора, чтоприводит к заметному изменению его диэлектрических свойств, в частности, кзначительному увеличению доменного вклада в диэлектрическую проницаемость.• 6.
В полярной фазе примесных кристаллов KDP (KDP+Amaranth,CSB и другие)обнаружен температурный гистерезис εC , связанный с подвижностью доменныхстенок и являющийся следствием пиннинга их движения. Возникновение данногогистерезиса отражает существенное замедление установления равновеснойдоменной структуры в примесных кристаллах.23• 7. С помощью анализа частотных зависимостей комплексной диэлектрическойпроницаемости и импеданса в диапазоне 10 mHz – 1 MHz, в параэлектрическойфазе выявлено наличие широкой области релаксационной дисперсии типа Дебаяпри комнатных температурах для всех исследованных кристаллов. Для большинствапримесных кристаллов, обладающих малой подвижностью доменных стенок,глубина дисперсии имеет большие значения, а в низкочастотной областинаблюдается значительное отклонение от релаксации типа Дебая.• 8.
Выяснено различие характера влияния примесей различной природы надиэлектрические свойства разных секторов кристалла KDP. Особенностьюпримесей,внедряющихсявпризматическиесектораявляетсяпрямоевзаимодействие с элементами структуры кристалла, за счет чего происходитзначительное подавление доменного вклада и сдвиг точки Кюри этого сектора.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
