Диссертация (1144226), страница 2
Текст из файла (страница 2)
Выявление микроскопических особенностей структуры в монокристаллеSBN-60 при комнатной температуре, обуславливающих релаксорное состояние.2. Получение температурных зависимостей намагниченности и параметровмагнитных фазовых переходов (ФП) в монокристаллах мультиферроиков составаLSMO-0,125 и LSMO-0,07.3. Выявление роли и влияния размерных эффектов, внешних воздействий иинтерфейса на сегнетоэлектрические ФП в НКМ на основе магнитных инемагнитных ЩБС, содержащих как твердые растворы KDP-ADP, так и KDP вчистом виде в условиях приложения магнитного поля и без него.74.Установлениекритическогоразмерананочастицнитратакалия,полученных при внедрении в пористые ЩБС, при котором стабильностьсегнетоэлектрического состояния в НКМ не зависит от температурнойпредыстории приготовления образцов.5.
Разработкаи оптимизациятехнологииизготовлениямагнитныхжелезосодержащих ЩБС методом индукционной плавки и их сертификация.Научная новизна диссертационной работы заключается в следующем:1. Установленосуществование двухпринципиально разныхтиповдиффузного рассеяния в монокристалле SBN-60 при комнатной температуре ( врелаксорном состоянии), ответственных за локальные упорядочения ниобий –кислородных октаэдров и атомов стронция и бария в пятиугольных каналах,иопределены соответствующие корреляционные длины.2.
Впервые получены температурные зависимости намагниченности длямонокристаллов мультиферроиков состава La0,875Sr0,125MnO3 и La0,93Sr0,07MnO3, изкоторых были определены параметры магнитных ФП, а также величинымагнитных моментов марганца в этих соединениях.3. Впервые обнаружено влияние приложения магнитного поля натемпературу сегнетоэлектрического фазового перехода в наноструктурах наоснове магнитных пористых матриц, содержащих KH2PO4.
Впервые построеныфазовые диаграммы T-x для наночастиц твердых растворов (1-x)KH2PO4 –(x)(NH4)H2PO4 (x = 0 - 0.15), полученных при внедрении в немагнитные имагнитные щелочно-боросиликатные стекла.4. Установлен критический размер наночастиц KNO3, при котором вусловиях ограниченной геометрии в нанокомпозитных материалах на основепористых ЩБС реализуется только сегнетоэлектрическая фаза независимо отметода приготовления образцов.5. Разработана принципиально новая технология изготовления магнитныхжелезосодержащих ЩБС методом индукционной плавки и проведена ихсертификация.8Научная и практическая значимость работы.
Информация, полученнаяпо результатам исследования, расширяет представления о микроскопическихмеханизмах процессов, происходящих в исследованных мультифункциональныхматериалахиприводящихкпоявлениюв нихпринципиальноновыхмакроскопических физических свойств. Наличие такой информации необходимодля построения адекватных теоретических моделей, описывающих данныемеханизмы, и позволяет приблизиться к разработке подходов для созданиямультифункциональных материалов с заранее прогнозируемыми параметрами.На защиту выносятся следующие основные положения:1.
Существование при комнатной температуре двух типов локальногоупорядочения в монокристаллах одноосного сегнетоэлектрика релаксораSBN-60, описываемых разными корреляционными функциями.2. Температурные зависимости намагниченности, параметры магнитныхфазовых переходов и величины магнитных моментов марганца вмультиферроикахLa0,875Sr0,125MnO3(LSMO-0,125)иLa0,93Sr0,07MnO3(LSMO-0,07).3.
Фазовые диаграммы состояния для НКМ на основе магнитных инемагнитных ЩБС, содержащих внедренные в поры твердые растворы (1х)KDP-(х)ADP при х=0-0.15.4. Установление критического размера для наночастиц KNO3, введенных вЩБС матрицы, меньше которого сегнетоэлектрическая фаза остаетсястабильной вплоть до ~ 5 К независимо от предыстории образца.5. Технология изготовления магнитных ЩБС методом индукционнойплавки.Апробацияработы.Результатыдиссертационнойработыбылипредставлены и обсуждались на различных конференциях, научных школах ифорумах, а именно на: XVIII International UIE-congress “Electrotechnologies formaterialprocessing”(Hannover,2017);Научно-практическийфорумсмеждународным участием «Неделя науки СПбПУ» (Санкт-Петербург, 2017, 2015,2014); Региональной научной конференции «Физика: фундаментальные и9прикладные исследования, образование» (Благовещенск, 2017, 2016); XIVМеждународной конференции «Физика диэлектриков» (Санкт-Петербург, 2017);Школе ПИЯФ по физике конденсированного состояния (Санкт-Петербург, 2017,2015);МеждународноймолодежнойконференцииФизикА.СПб(Санкт-Петербург, 2016, 2015); RACIRI Summer School (Repino, 2016); Polish-Czechseminar “Structural and Ferroelectric Phase Transitions” (Hucisko, 2016); VМеждународноймолодежнойнаучнойшколы-конференции«Современныепроблемы физики и технологий» (Москва,2016); Международной научнойстуденческойконференцииМНСК(Новосибирск,2016);Всероссийскоймолодежной научной конференции «Физика: фундаментальные и прикладныеисследования, образование» (Благовещенск, 2014); International conference“Condensed matter research at the IBR-2” (Dubna, 2015).Наряду с этим полученные результаты были доложены на семинарах вInternational Laboratory of High Magnetic Fields and Low Temperatures (Wroclaw,Poland) и Hannover Leibniz University (Hannover, Germany).10Глава 1.
Изготовление и подготовка образцов1.1 Экспериментальные методыК числу использованных экспериментальных методов можно отнести:диэлектрическую спектроскопию, магнитометрию, рентгеновскую дифракцию идифракцию нейтронов, сканирующую электронную микроскопию.Диэлектрическая спектроскопияЧасть измерений диэлектрического отклика проводились в Международнойлаборатории сильных магнитных полей и низких температур (InternationalLaboratory of High Magnetic Fields and Low Temperatures), (г. Вроцлав, Польша)наспектрометре MN-1 на частоте 1 кГц при нагреве и охлаждении в магнитныхполях при 0 и 10 Т, скорость изменения температуры составляла 2 К/мин.Спектрометр оснащен системой терморегулировки LakeShore, позволяющейпроводить исследования в температурном диапазоне от 2 до 320 К.
Точностьизмерения сопротивления составляла ~0,01%. Максимальная величина поля – 15Т.Втораячастьэкспериментовбылапроведенанаширокополосномдиэлектрическом спектрометре Novocontrol BDS80 в Санкт-Петербургскомполитехническом университете Петра Великого в Научно-образовательномцентре «Физика нанокомпозитных материалов электронной техники».В состав ультраширокополосногодиэлектрического спектрометра скриосистемой Novocontrol BDS80 (Рис. 1.1) входит ультраширокополосныйанализатор импеданса Alpha-A с активной измерительной ячейкой ZGS и системытерморегулировки, позволяющие изменять температуру образца от 4,2 К до 1300К.
Контроль измерений осуществляется персональным компьютером.11Рис. 1.1. Схема ультраширокополосного диэлектрического спектрометра скриосистемой Novocontrol BDS80.Представленный диэлектрический спектрометр с данной измерительнойячейкой позволяет:1) задавать частоту воздействия в диапазоне: 3 мкГц - 20 МГц;2) измерять импеданс в диапазоне: 0,01-1014 Ом;3) измерять электрическую емкость в диапазоне: 1фФ -1Ф;4) измерять тангенс угла потерь в диапазоне: 10-5 -104;5) задавать амплитуду сигнала: 100 мкВ - 3 В;6) изменять измерительное поле: -40 В - 40 В;Приэтомприборобеспечиваетвысокуюточностьизмерений:относительные погрешности измерения импеданса и емкости и абсолютногозначения tanδ составляют менее 3*10-5.
Температура поддерживается стабильнойв пределах 0,1 К.МагнитометрияИзмерения намагниченности проводились в той же лаборатории навибрационном магнитометре, включающем сверхпроводящий магнит (поля до 15Т).Температурныйдиапазонизмеренийаналогичендиэлектрическомуспектрометру. Измерение намагниченности представляет собой в данном случае12изменение магнитного потока в двух измерительных катушках, котороеусредняется после 4 циклов смещения.Сканирующая электронная микроскопияОднимизметодовсертификациимагнитныхстеколполученныхиндукционной плавкой была сканирующая электронная микроскопия (СЭМ).Данные исследования были проведены в лаборатории новых неорганическихматериалов в ФТИ им.
А.Ф. Иоффе на сканирующем электронном микроскопеQuanta 200 с рентгеновским микроанализатором EDAX (Рис. 1.2).Рис. 1.2. Сканирующий электронный микроскоп Quanta 200 с рентгеновскиммикроанализатором EDAX.Растровый электронный микроскоп с термоэмиссионным катодом Quanta200 разработан для получения всей возможной микроскопической информации налюбых образцах с высокой степенью автоматизации.Данныймикроскопсвободнопереключаетсямеждуразличнымивакуумными режимами из программной оболочки без дополнительных настроек июстировок. Прибор функционирует в трех вакуумных режимах: Высокий вакуум:13Около 10–5 мбар. Режим предназначен для получения изображений ипроведения микроанализа проводящих образцов и/или образцов, подготовленныхклассическими методами; Низкий вакуум:< 1.3 мбар.
Режим предназначен для получения изображений и проведениямикроанализа непроводящих образцов без пробоподготовки; Режим естественной среды:< 26 мбар. Режим предназначен для получения изображений и проведениямикроанализа образцов, не устойчивых в условиях высокого вакуума, таких какводных растворов, органических, водо- и нефтесодержащих образцов с высокимгазовыделением и т.д.
Пробоподготовки не требует.Вакуумная система обладает рядом особенностей: наличиезапатентованнойтехнологиикомпанииFEICompanyчерезлинзовой дифференциальной откачки; безмасляная система откачки («чистый вакуум»), турбомолекулярныйнасос производительностью 250 л/с (время откачки после полнойвентиляции камеры при смене образца около 2.5 минут);два форвакуумных насоса производительностью 8 л/с; плавное переключение между вакуумными режимами из программнойоболочки (без дополнительной перенастройки системы); автоматическая защита от неправильных действий; прогреваемая цеолитовая ловушка в цепях откачки низкого вакуума(для форвакуумного насоса подкачки естественной среды).Дифракция нейтроновКак известно, амплитуда ядерного рассеяния нейтронов не зависит отатомного номера рассеивающего элемента. В результате оказывается, что всравнении с методом дифракциии рентгеновского излучения, дифракциянейтронов предоставляет возможность надежнее и точнее определить координаты14атомов легких элементов в присутствии тяжелых, а также различать атомы сблизкими атомными номерами (и даже изотопы).Еще одно важное отличие от рентгеновской дифракции – это отсутствиеуменьшения интенсивности пиков при больших углах, что является несомненнымпреимуществом,т.к.позволяетполучатьболееточнуюструктурнуюинформацию.Эволюция структуры исследовалась методом дифракции нейтронов на двухдифрактометрах в Helmholtz Zentrum Berlin, Берлин: на Е9 с высокимразрешением на длине волны λ = 1,798 Å и Flat-Cone дифрактометре Е2 (λ =2,376Å).
Рассмотрим для начала дифрактометр Е9.Рис. 1.3. Схема дифрактометра с высоким разрешением E9 (FIREPOD).Схематичное изображение дифрактометра FIREPOD (E9) представлено наРис. 1.3. Расстояние между активной зоной реактора и монохроматоромсоставляет 11 м, однако, несмотря на это ослабление нейтронного пучкаотсутствует благодаря сверхвысокому вакууму поддерживаемому в нейтроноводе.Монохроматор (300*60*10 мм) представляет собой следующее: 19 пластинразмером 15*60*10 мм, каждая из которых в свою очередь состоит из 25 Geпластин толщиной 0,4 мм, пластически изогнутых при температуре 870 °С.15Комплексная система детектора нейтронов представлена в 64 отдельныхгелиевых 3He 2D детекторах с площадью активной поверхности 300 х 300 мм,перед каждым из которых стоит коллиматор.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
