Експрес-спосіб дослідження констант кюрі-вейсса в сегнетоелектричних кристалах

Експрес-спосіб дослідження констант КюріВейсса в сегнетоелектричних кристалах, який включає визначення температурної константи Винахід відноситься до області фізики твердого тіла, зокрема до способів дослідження фазових р, Т-діаграм сегнетоелектриків та їх феноменологічного опису і може бути використаний як простий і високочутливий спосіб визначення баричної та температурної константи Кюрі-Вейсса та їх температурних та баричних змін вздовж фазової р, Тдіаграми Відомий спосіб визначення константи КюріВейсса Суу із температурних залежностей діелектричної проникності сегнетоелектричних кристалів, що перебувають в сегаетоелектричній та параелектричній фазі за нахилом залежності s " 1 ( T ) = ( C T v ) " 1 ( T - T 0 ) , де То-температура Кюрі-Вейсса, при постійному тиску [1] Однак дослідження константа Кюрі-Вейсса вздовж р,Тдіаграми потребує вимірювань серії кривих S (T) при багатьох фіксованих значеннях тиску Очевидно, що такі дослідження є трудомісткими, для них потрібне високоточне устаткування для стабілізації температури та підтримування одинакових режимів вимірювання ВІДПОВІДНИХ залежностей Найбільш близьким до запропонованого способу є метод дослідження температурної та баричної константи Кюрі-Венссса, ВІДПОВІДНО за нахилом залежностей при Кюрі-Вейсса при постійному тиску р - С ^ та баричної константи Кюрі-Вейсса при ПОСТІЙНІЙ температурі Т-С^у і їх баричну та температурну зміну вздовж фазової р,Т-діаграми, який відрізняється тим, що баричну та температурну константи Кюрі-Вейсса С^у та c j y визначають із сімейства залежностей температура-тиск Т(р), отриманих при фіксованих значеннях діелектричної проникності s, причому при ЗМІНІ температури постійне значення s підтримується на заданому рівні зміною величини гідростатичного тиску постійному тиску та є 11(р) = ( С ^ ) 1 1 (р-Ро) П Р И ПОСТІЙНІЙ температурі [2] Він, також, передбачає вимірювання баричних залежностей діелектричної проникності при багатьох фіксованих значеннях температури та температурних залежностей при багатьох фіксованих значеннях тиску, що є складною експериментальною задачею Крім того таке вимірювання передбачає велику КІЛЬКІСТЬ циклювань температури і тиску із переходом кристалу в сегнетоелектричну фазу, що приводить до зміни властивостей кристалу за рахунок залишкових ефектів пов'язаних із особливостями будови доменної структури Це зумовлює погану відтворюваність результатів та значний розкид значень c w Завданням винаходу є створення експресного способу комплексного дослідження як баричної так і температурної констант Кюрі-Вейсса в сегнетоелектричних кристалах в широкому інтервалі температур та тисків Поставлена задача досягається таким чином, що експрес-спосіб дослідження констант КюріВейсса в сегнетоелектричних кристалах, який включає визначення температурної константи Кюрі-Вейсса при постійному тисну р-Суу та баричної константи Кюрі-Вейсса при ПОСТІЙНІЙ темпера CO го сч о ю 50233 4 ра), змінюється на величину, необхідну для підтурі Т-С{д/ і їх баричну та температурну зміну тримки діелектричної проникності зразка на задавздовж фазової р,Т-діаграми, відрізняється тим, ному рівні Такі криві Т(р) (див фіг 2), по суті, є що баричну та температурну константи Кюріпроекцією на площину s" 1 (p,T)=0 перетину плоВейсса с[д/ та Суу визначають із сімейства залещини s"1(p,T) = const з поверхнею s"1(p,T) , пожностей температура-тиск Т(р), отриманих при фіксованих значеннях діелектричної проникності є будовану в p,T,s"1 просторі Маючи хоча б два , при чому при ЗМІНІ температури постійне значентакі перерізи, легко визначити ПОСТІЙНІ c j y та cEL ня є підтримується на заданому рівні зміною велибаричного та температурного законів Кюрі-Вейсса чини гідростатичного тиску Таким чином, запропонований експрес-спосіб в будь якій точці А(Т с ,р с ) фазової р,Т-діаграми дослідження температурної та баричної константи c w = ( P 2 - P i ) / ( s 2 1 - s " 1 ) ,приТ=Т с Кюрі-Вейсса при різних гідростатичних тисках та температурах в порівнянні зі способом-прототипом Cjy = (Т 2 - T O / f e j 1 - s ^ 1 ) , при р=рс є простим і високочутливим способом дослідження константи Кюрі-Вейсса вздовж фазових р,Тде S21 , s^1 -значення s"1(p,T) = const для діаграм Він ЗДІЙСНЮЄТЬСЯ В ОДНІЙ фазі сегнетоеледвох перерізів, рі, р2-значення тисків першого і ктричного кристалу (параелектрична фаза) і не другого перерізів, що відповідають тиску р=рс (див передбачає переводу кристалу в сегнетоелектрифіг 2) Криві Т(р) приведені на фіг 2 характерні для чну фазу Спосіб, також, дозволяє визначити темкристалів з ЛІНІЙНОЮ фазовою р,Т-діаграмою і непературну і баричну поведінки коефіцієнта при змінними вздовж неї значеннями баричних і темпквадраті параметра поряду в розкладі термодинарературних постійних Кюрі-Вейсса В інших випадмічного потенціалу ВІДОМОСТІ про поведінку великах залежності Т(р) мають більш складний чин констант Кюрі-Вейсса вздовж фазової р,Тхарактер Слід ВІДМІТИТИ, ЩО при вимірюванні тадіаграми, також, необхідні для аналізу поведінки ким способом, зразок постійно знаходиться в паінших коефіцієнтів розкладу термодинамічного раелектричній фазі, що виключає вплив на репотенціалу сегнетоелектриків вздовж їх фазових зультати вимірювань залишкових ефектів, р,Т- діаграм Крім того запропонований спосіб дає пов'язаних з переходом кристала в полярний стан можливість на основі експериментальних кривих Приклад конкретного використання запропоТ(р) при s = const легко визначити баричну залежнованого способу ність температури Кюрі-Вейсса, а також поведінку За допомогою запропонованого експрескоефіцієнта баричної зміни температури фазового способу проведено дослідження баричної та темпереходу Це дає можливість виявляти нелінійноспературної поведінки констант Кюрі-Вейсса ті або зломи фазової р,Т-діаграми, що важливо вздовж фазової р,Т-діаграми та в околі полікритипри наявності на ній полікритичних точок Таким чної точки Ліфшиця [3] власних халькогенідних чином даний експрес-спосіб може служити додатсегнетоелектричних кристалів БпгРгЭб ковим інструментом для вивчення термодинамічПриклад 1 них параметрів кристалів в околі сегнетоелектричНа фіг 3 приведені експериментальні залежних фазових переходів ності Т(р) для кристала БпгРгЭб для значень Спосіб здійснюється слідуючим чином 1 4 sf 1 =1,12-10" 3 і S2 = 6,19-10" Частота вимірюДля обчислення константи Кюрі-Вейсса достатньо визначити координати не менше двох точок вального поля складала 1МГц Визначені за данина температурній або баричній залежності діелекми результатами барична Суу(р) та температурна тричної проникності в параелектричній фазі, так як CPw(T) залежності вздовж р,Т-діаграми кристала в цій області температур залежності s CO т а БпгРгЭб приведені на фіг 4 та фіг 5 ВІДПОВІДНО При s (Р) с ЛІНІЙНИМИ Тому зафіксувавши певне знарусі вздовж р,Т-діаграми (з вихідної точки з коорчення є Aconst в парафазі і змінюючи одночасно динатами Т=337 К, р = р а т м ) , Cjv(p) та С^(Т) тиск та температуру, отримуємо криву Т = f(p) зменшуються і досягають своїх мінімальних знаМаючи хоча б дві такі криві при різних фіксованих чень в околі точки Ліфшиця, після якої вони знову значеннях є, можна легко визначити температурну зростають На фіг 4 приведені також точки безпота баричну зміну константи Кюрі-Вейсса середнього вимірювання постійної Кюрі-Вейсса Практично це відбувається слідуючим чином Суу при різних тисках, визначені за нахилом ексВздовж р,Т-діаграми досліджуваного зразка зніпериментальних залежностей s"1(T) Видно, що маються залежності S (T) при декількох величинах гідростатичного тиску Визначається інтервал знавони добре лягають на криву, отриману експресчень діелектричної проникності параелектричної способом фази, в якому для всіх залежностей S (T) добре Приклад 2 виконується закон Кюрі-Вейсса Вибираються деНа фіт 6, 7 приведені експериментальні залекілька значень є з цього інтервалу (фиг 1) Провожності c L ( p ) та С^,(Т) отримані з використандяться вимірювання кривих Т(р), які характеризуням запропонованого експрес-способу, для сегнеються постійним значенням s Тобто при заданій тоелектричних кристалів (Pbo iSno эЭРгЭб Також рівномірній розгортці температури (або тиску) в часі, другий параметр, тобто тиск (або температуспостерігається аномальна поведінка констант 50233 Кюрі-Вейсса в околі точки Ліфшиця з координатами Т=234 К, р=0,27 ГПа Отже запропонований експрес-спосіб характеризується простотою у виконанні та значною інформативністю Винахід може бути використаний в науководослідних лабораторіях при дослідженні фазових р,Т-діаграм в широкому інтервалі температур та тисків, а також фізиками-теоретиками , що займаються термодинамікою фазових переходів Джерела інформації 1 М Лайне, А Гласе Сегнетоэлектрики и родственные им материалы М Мир,1981 -732с 2 Samara G A The effect of hydrostatic pressure on ferroelectric properties //-Advances in high pressure research (ed by R Bred ley), N Y-L-1969-v 3 P 155-235 - прототип 3 Shvka A G , Gerzamch E L , Guramch P P , Shusta V S Phase p,T,x-diagram and peculiarities of physical properties of Sn2P2(SexSi х)є ferroelectric crystals near Lifshitz point // Ferroelectncs-1990-v 103-P 71-82 Фіг. 2 50233 7 J6 3G 34fl /11 a / т 1 0,60 і / o ** 1О0 [ у 1 я* 200 Фіг. 4 300 403 10 50233 * p \ \ \ \, \ \ \ / F 1 У w \ рМПа Фіг.6 3 D U Фіг 7 ДП «Український інститут промислової власності» (Укрпатент) вул Сім'ї Хохлових, 15, м Київ, 04119, Україна ( 0 4 4 ) 4 5 6 - 2 0 - 90 ТОВ "Міжнародний науковий комітет" вул Артема, 77, м Київ, 04050, Україна (044)216-32-71