|
|
Общая
характеристика работы
Актуальность
темы. Физика сегнетоэлектриков
(СЭ) и родственных материалов в настоящее время является одним из ведущих
разделов физики твердого тела. Это связано, с одной стороны, с фундаментальным
характером физических идей, возникающих при изучении сегнетоэлектричества,
многогранностью и общностью проблем и путей их решения, и, с другой стороны, -
быстро растущим практическим применением СЭ и родственных материалов в наиболее
перспективных областях техники: радио-, опто- и акустоэлектронике, нелинейной
оптике, вычислительной технике и др.
Одной из важнейших задач физики
сегнетоэлектричества является исследование процессов поляризации и
переполяризации и, следовательно, изучение динамики доменных (ДГ) и межфазных
границ (МГ), определяющей эти процессы. Одновременно следует подчеркнуть, что в
последние годы центр тяжести исследований, проводимых в физике твердого тела, в
том числе в физике СЭ, все более смещается от изучения свойств идеальных
кристаллов к изучению физики явлений в системах, обладающих структурным
беспорядком. В частности, в СЭ кристаллах структурный беспорядок связан, прежде
всего, с ДГ и МГ, являющимися двумерными дефектами кристаллической решетки. При
этом существенно, что именно в низко- (НЧ) и инфранизкочастотном (ИНЧ)
диапазоне особенно заметно проявляется влияние различного рода дефектов на
характер диэлектрического отклика СЭ на внешние воздействия . Однако,
систематического аналитического и экспериментального изучения влияния динамики
доменных и межфазных границ на НЧ и ИНЧ диэлектрические свойства сегнетоэлектрических
керамик в широком диапазоне амплитуд электрических полей при разделении
механизмов движения ДГ и МГ с помощью ЭВМ пока не проводилось.
Поэтому аналитико-экспериментальное
исследование вклада ДГ и МГ , а также некоторых дефектов недоменной природы в
диэлектрические свойства СЭ керамик при процессах поляризации и переполяризации
на НЧ и ИНЧ с использованием компьютерного анализа следует считать весьма
актуальной задачей.
Диссертационная работа выполнена при
поддержке Российского фонда фундаментальных исследований (проект N
95-02-06366-а по теме "Влияние доменных и фазовых границ, а также дефектов
недоменной природы на макроскопические физические свойства некоторых
пьезо-сегнетоэлектрических монокристаллов и керамик") и Конкурсного центра
Минобразования России (проект N37-73-10 по теме "Низко- и
инфранизкочастотная диэлектрическая спектроскопия сегнетоэлектриков и
родственных материалов. Визуализация доменной структуры сегнетоэлектрических
коллинеарных кристаллов" и проект N 30-14(2-73-2-6) по теме "Влияние
свойств и строения дефектов на макроскопические физические свойства (
диэлектрические спектры, проводимость, переполяризацию, внутреннее трение,
пластичность) сегнетоэлектриков и родственных материалов.").
Цель
работы заключается в
детализации и уточнении с помощью компьютерного моделирования различных
механизмов движения ДГ и МГ и на этой основе дальнейшего обобщения
представлений о механизмах поляризации и переполяризации сегнетоэлектриков,
обусловленных динамикой ДГ и МГ, в НЧ и ИНЧ синусоидальных полях различных
амплитуд на примере некоторых сегнетокерамик на основе цирконата-титаната
свинца (ЦТС ).
Научная
новизна. Впервые при
помощи моделирования на ЭВМ проведены систематические аналитические и
экспериментальные исследования особенностей вклада ДГ и МГ в НЧ и ИНЧ
диэлектрические свойства ряда сегнетокерамик на основе ЦТС в полях различных
амплитуд, в широком интервале температур, включающем фазовый переход (ФП). В
частности:
- предложена модель, позволяющая с
помощью ЭВМ проведение количественного анализа вклада различных механизмов
движения ДГ и МГ в НЧ и ИНЧ
диэлектрические свойства ;
- с помощью ЭВМ изучено
взаимодействие ДГ и МГ с дефектами типа "случайная локальная температура
перехода ";
- смоделированы на ЭВМ петли
поляризации (ПП) при наличии у образцов различных механизмов движения ДГ и МГ,
а также с учетом эффектов диэлектрической памяти;
- обнаружены немонотонные
зависимости максимальной и остаточной поляризации и эффективной комплексной
диэлектрической проницаемости e* сегнетокерамик на основе ЦТС с PbTiO3
34% от концентрации GeO2 . Впервые проведен количественный анализ вклада различных
механизмов движения ДГ и МГ в НЧ и ИНЧ диэлектрические свойства ;
- обнаружены монотонно возрастающие
зависимости наиболее вероятной ( средней ) температуры размытого ФП (Tm ) и полуширины кривой e'(T) : De'm
, характеризующей степень размытия фазового перехода, сегнетокерамик ЦТС с
соотношением Ti и Zr 35/65, модифицированных лантаном ( 1 ат.% La), от
концентрации Mn .
На защиту выносятся
следующие основные положения:
1.
Аналитическая модель поляризации и переполяризации сегнетоэлектриков в НЧ и ИНЧ
синусоидальных полях различных амплитуд, учитывающая различные механизмы ( в
том числе гистерезисный ) движения ДГ и МГ.
2. Модель динамики ДГ и МГ в
кристалле с точечными дефектами, типа "случайная локальная
температура перехода".
3. Компьютерный количественный
анализ вклада различных механизмов движения ДГ и МГ в НЧ и ИНЧ диэлектрические
свойства сегнетокерамики на основе ЦТС с PbTiO3 34%, легированной GeO2 , в широких интервалах температур и
электрических полей (амплитуд измерительного поля). Исследование зависимости
вкладов гистерезисного и релаксационного механизмов движения ДГ и МГ от
концентрации GeO2 , напряженности и частоты прикладываемого электрического
поля, а также температуры образца.
4. Выявление определяющей роли
валентности Mn при различных его концентрациях в формировании диэлектрического
отклика в сегнетокерамике ЦТСЛ 1/65/35 .
Практическая
ценность работы заключается в возможности прогнозирования использования
сегнетокерамики в различных технических устройствах, в частности, в качестве
элементов памяти.
Апробация
работы. Основные
результаты диссертации докладывались и обсуждались на: XIII конференции по физике сегнетоэлектриков, Тверь (1992),
Российской научно-технической конференции по физике диэлектриков с международным участием "Диэлектрики-93", Санкт-Петербург (1993), V Российско-Японском
симпозиуме по сегнетоэлектричеству, Москва (1994), VI международном семинаре по
физике сегнетоэластиков, Воронеж (1994), III симпозиуме по доменной структуре
сегнетоэлектриков и родственных материалов,
Закопане. (1994), Международной
научно-технической конференции "Электрическая релаксация в высокоомных
материалах. Релаксация-94" , Санкт-Петербург (1994), I-III межвузовских научно-практических
конференциях студентов и молодых ученых "Гуманитарные и естественные
науки в Нижневолжском регионе.",
Волгоград (1994,1995,1996), VII международном семинаре "Релаксационные явления в твердых телах." Воронеж (1995), XIV Всероссийской
конференции по физике сегнетоэлектриков, Иваново (1995), IV международном
симпозиуме по доменной структуре , Вена
(1996), ежегодных научно-технических конференциях ВолГАСА, Волгоград (1992-1997).
По итогам II межвузовской научно-практической
конференции студентов и молодых ученых "Гуманитарные и естественные
науки в Нижневолжском регионе." представленный доклад отмечен Дипломом II
степени.
Публикации.
По теме диссертации опубликовано 22 работы.
Личный вклад автора. Диссертантом самостоятельно получено и обработано
абсолютное большинство приводимых экспериментальных результатов с помощью
самостоятельно написанного программного обеспечения. Анализ и обобщение данных,
а также формулировка задач и выводов, касающихся содержания работы,
осуществлены совместно с научным руководителем при участии кандидата
физико-математических наук, профессора кафедры физики, Бурханова А.И. Соавторы
совместных публикаций принимали участие в обсуждении результатов соответствующих
разделов работы.
Структура и объем. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения,
списка литературы и приложения. Общий
объем диссертации при сквозной нумерации составляет 172 страницы, из них
непосредственно текст изложен на 120 стр.,
рисунков 51 , таблиц 17 , библиография содержит 277 названия.
.
|
|
|||
|
|
Copyright © 2001 Нестеров Владимир Николаевич nv2-nesterov@narod.ru |
||
