Неклассические тепловые явления в реальных сегнетоэлектрических кристаллах (1104031), страница 2
Текст из файла (страница 2)
Кристаллы молибдатов гадолиния и тербия, Gd2(MoO4)3 (GMO) иTb2(MoO4)3 (TMO), испытывающие несобственный сегнетоэлектрический фазовый переход, близкий к трикритической точке. Существующие данные о теплоемкости этих изоморфных кристаллов находились в явном противоречии друг сдругом, а также с феноменологической теорией несобственного сегнетоэлектричества в этих кристаллах.52.Одноосный сегнетоэлектрик триглицинсульфат, испытывающий классическийфазовый переход II рода, литературные данные о сегнетоэлектрическом фазовом переходе в котором качественно различаются, в зависимости от использованной методики измерения теплоемкости.3.
Твердыерастворыкристаллов(CH3NH3)5Bi2Cl11 (MAPCB)и(CH3NH3)5Bi2Br11 (MAPBB) (MAPCB(1–x)MAPBBx), о которых в литературе существуют данные о возможном наличии на их фазовой диаграмме концевойкритической точки изоморфных фазовых переходов. Исследовались образцы сx = 0,07; 0,46; 0,91.4. Новый перспективный высокотемпературный сегнетоэлектрический кристаллсо структурой стилвеллита — борогерманат лантана, LaBGeO5 — номинальночистый и с искусственно внедренными примесями ионов Nd3+, в котором имеетместо собственный сегнетоэлектрический фазовый переход, близкий к трикритической точке, и имеющая ту же кристаллическую структуру керамика боросиликата лантана LaBSiO5.5.
Кристалл дигидрофосфата калия KH2PO4 (KDP), фазовый переход в котором нетолько близок к трикритической точке, но также близок к электрической критической точке. Для исследования были выбраны следующие образцы этого кристалла: номинально чистые и содержащие примеси органических красителейChicago Sky Blue и Amaranth.Отметим, что все исследованные в настоящей работе кристаллы являютсялибо модельными, либо новыми перспективными сегнетоэлектрическими материалами.Исходя из поставленных в работе задач, особое внимание было уделено построению во всех случаях фоновой теплоемкости, согласованной с теорией Ландауи возможным колебательным спектром кристалла.В настоящей работе проведены измерения теплоемкости перечисленныхвыше сегнетоэлектрических кристаллов. Для этих кристаллов вычислены значенияфоновой теплоемкости, соответствующей Φ0, и проведено сравнение «избыточнойчасти теплоемкости» с предсказаниями теории Ландау.
Отличия от теоретическихзависимостей, там, где они обнаружены, анализируются на основе теории, учитывающей влияние слабой неоднородности на свойства кристаллов, в однородномсостоянии описываемых теорией Ландау.Научная новизнаВ работе впервые получены следующие экспериментальные и расчетныерезультаты:1. Получены температурные зависимости теплоемкости кристаллов TMO и GMOв широком интервале температур, включающем точку сегнетоэлектрическогофазового перехода. Построены фоновые теплоемкости для кристаллов TMO иGMO. Определены критические индексы теплоемкости этих кристаллов.
В температурных зависимостях теплоемкости обоих кристаллов обнаружена дополнительная аномалия внутри полярной фазы. Найдена аналитическая форма этойаномалии.62.3.4.5.На основе измерений температурной зависимости теплоемкости построена фоновая теплоемкость кристалла ТГС. Получена оценка величины корреляционных поправок к теплоемкости вблизи от точки сегнетоэлектрического фазовогоперехода II рода.Определена зависимость избыточной энтропии твердых растворовMAPCB(1–x)MAPBBx от концентрации ионов Br+ и предложена модель изоморфного фазового перехода, из которой следуют качественные особенности такойзависимости.Построена фоновая теплоемкость и определено значение энтропии сегнетоэлектрического фазового перехода для боросиликата лантана.
Построена фоноваятеплоемкость и определены критические индексы для кристаллов борогерманата лантана, номинально чистого и содержащего примеси ионов Nd3+.Измерена теплоемкость кристаллов KDP с органическими красителями. Построена фоновая теплоемкость и определена аналитическая форма аномалий,включая интерпретацию обнаруженного явления расщепления аномалии теплоемкости.Научная и практическая значимостьВыводы и заключения, сделанные в диссертации на основе анализа экспериментальных результатов, послужат для дальнейшего развития представлений овлиянии слабой неоднородности кристаллов на структурные фазовые переходы вних.
Это, в свою очередь, способствует более целенаправленной работе по получению сегнетоэлектрических материалов с заданными свойствами, путем введения вкристаллы малых концентраций примесей.Более подробная, чем имевшаяся до настоящей работы, информация о фазовых переходах в ряде модельных сегнетоэлектрических кристаллов создает возможность для дальнейшего продвижения в области теории сегнетоэлектрическихявлений.Полученные в диссертации аналитические зависимости теплоемкости изученных в ней кристаллов могут быть использованы для дальнейшего развития исследований по восстановлению спектров кристаллов из данных по их теплоемкости.Такие исследования представляют важное практическое значение, поскольку являются одним из частных случаев задачи распознавания образов.Личный вклад автораВыбор направления исследований, обсуждение результатов и формулировказадач проводилась совместно с научным руководителем профессоромБ.А.
Струковым. Диссертантом лично, а также при участии C.А. Тараскина,С.Н. Горшкова и Е.П. Рагулы (при измерениях методом адиабатической калориметрии), были получены экспериментальные данные и проведена обработка температурных зависимостей теплоемкости, определена фоновая теплоемкость. Измеренияметодом ac-калориметрии проводились в лаборатории профессора А. Онодеры вУниверситете Саппоро (Япония).7Апробация работыМатериалы диссертации неоднократно обсуждались на заседаниях кафедрыобщей физики и магнитоупорядоченных сред физического факультета Московскогогосударственного университета имени М.В.
Ломоносова, докладывались авторомна следующих всероссийских и международных конференциях:Международной конференции96» (Москва, 1996);студентовиаспирантов«Ломоносов-Европейском совещании по сегнетоэлектричеству (IX – Прага, Чехия, 1999);Международном семинаре по физике сегнетоэластиков (VIII – Воронеж, 2000);Всероссийской конференции по физике сегнетоэлектричества (XV – Азов, 1999,XVII – Пенза, 2005);Заседании Секции диэлектриков и сегнетоэлектриков Научного совета по физике конденсированного состояния вещества РАН (Москва, 2004).ПубликацииВ диссертацию включены результаты, опубликованные в 13 статьях в российских и зарубежных реферируемых научных изданиях, а также в 16 тезисах докладов на всероссийских и международных научных конференциях.Структура и объем диссертацииДиссертация состоит из введения, трех глав, заключения и библиографии.Общий объем диссертации 160 страниц, включая 78 рисунков, 11 таблиц и спискацитируемой литературы из 140 наименований.Содержание работыВо введениипредставлена общая характеристика работы: обоснована актуальность темы, формулируются ее цели и задачи, приведены основные результаты, отмечена их новизна, научное и практическое значение, освещены личный вклад автора и апробацияработы.Первая главаявляется обзорной.
В ней приведены основные сведения об аномалиях теплоемкости, которые, в соответствии с теорией Ландау, могут наблюдаться при фазовыхпереходах в сегнетоэлектрических кристаллах. Глава состоит из четырех параграфов и заключения.В § 1.1изложено описание основных типов аномалий теплоемкости, которые согласно теории Ландау могут иметь место в совершенных сегнетоэлектрических кристаллах.Рассмотрены характеристики «классических» аномалий теплоемкости: относящихсяк фазовым переходам II рода, фазовым переходам в трикритической точке и фазо-8вым переходам I рода, близким к переходу II рода. Обсуждена проблема недостаточности «классической» классификации аномалий теплоемкости для описания всего многообразия наблюдаемых при сегнетоэлектрических фазовых переходах температурных зависимостей теплоемкости.В качестве примера «неклассической» аномалии теплоемкости рассмотренатемпературная зависимость избыточной теплоемкости одноосного сегнетоэлектрического кристалла, совершающего фазовый переход, близкий к электрической критической точке.
К таким кристаллам относится кристалл дигидрофосфата калияKH2PO4, данные о теплоемкости которого мы обсуждаем в § 3.5.В § 1.2обсуждены основные поправки, предсказываемые для сегнетоэлектрических фазовых переходов, при учете корреляционных эффектов в рамках теории Ландау. Рассмотрены причины, по которым при сегнетоэлектрических фазовых переходах такие добавки оказываются преимущественно очень малыми. Выделен класс сегнетоэлектрических кристаллов — одноосные сегнетоэлектрики без пьезоэффекта в неполярной фазе, в которых существует принципиальная возможность наблюденияфлуктуационного вклада в теплоемкость.
Отмечено, что, напротив, в одноосныхсегнетоэлектриках-сегнетоэлластиках наблюдение такого вклада практически невозможно.В § 1.3сделан обзор исследований влияния малых концентраций дефектов на сегнетоэлектрические фазовые переходы в рамках теории Ландау. Приведена классификациятаких дефектов, рассмотрено их влияние на аномалии теплоемкости. Отмеченыособенности влияния дефектов типа «случайная температура» и дефектов типа«случайное поле» на аномалии теплоемкости при собственных и несобственныхсегнетоэлектрических фазовых переходах. В качестве частного случая дефектовтипа «случайное поле» рассмотрены «поляризованные» дефекты и обсуждена связанная с ними концепция «смещающего поля».В § 1.4сделан обзор основанных на теории Ландау исследований, посвященных поискукритических точек внутри полярной фазы сегнетоэлектрических кристаллов.Чтобы такая точка могла существовать на фазовой диаграмме некоторогокристалла, среди его различных сегнетоэлектрических фаз должны быть две, обладающие одинаковой симметрией и сосуществующие в некотором интервале значений внешних параметров.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
