Изучение механизмов диэлектрических потерь в монокристалле триглицинсульфата

А. С. Шпортенко, студент гр. ТФ-131, А. А. Камынин, С. А. Гриднев

Кафедра физики твёрдого тела.

Рис. 1. Зависимость тангенса угла диэлектрических потерь от ампли­туды электрического поля в монокри­сталле ТГС.

Рис. 2. Зависимость tg δ(E~) в двой­ных логарифмических координатах.

Рис. 3. Зависимость tg δ(E~) от обрат­ного квадрата амплитуды электриче­ского поля.

Целью данной работы было изучение меха­низмов ди­электрических потерь в монокристалле ТГС при по­мощи осциллографического метода наблюдения петель диэлектрического гистере­зиса. Используя схему Сой­ера-Тауера получены петли диэлектрического гистере­зиса при различных полях и комнатной температуре (22 ⁰С). Далее, диэлектрические потери определялись по формуле tg δ = ∆W/(2∙π∙W), где tg δ – тангенс угла ди­электрических потерь, ∆W – потери за цикл переполя­ризации (величина, равная площади петли), W = P_m E_~/2 – электрическая энергия единицы объема, E_~ – ам­пли­туда электрического поля, а P_m – соответствующая ей поляризация. Полученная таким образом зависимость tg δ(E_~) представлена на рис. 1. Результаты интерпрети­ровались на основе следующих двух моделей. Согласно первой модели начальный рост диэлектрических потерь обусловлен частичным отрывом домен­ных стенок от закрепляющих дефектов. Аналитическое выражение на начальном участке зависимости tg δ(E_~) имеет следую­щий вид:

, (1)

где A, m – некоторые величины, не зависящие от ам­плитуды. Дальнейшее поведение кри­вой tg δ(E_~) может быть обусловлено лавинообразным отрывом стенок от закрепляющих дефектов и полевая зависимость потерь описывается выражением

, (2)

где k – коэффициент, не зависящий от амплитуды, , f – сила взаимодейст­вия стенки домена с точечными дефектами, P₀ – спонтанная поляризация, - средняя пло­щадь доменной границы свободная от дефектов. Отметим, что максимум на рис. 1 согла­суется с (2) и может быть связан с критическим полем полного отрыва стенки от закреп­ляющих дефектов, при котором последние не будут влиять на ее движение и соответст­венно на ди­электрические потери, что на рис. 1 характеризуется областью спада. Для про­верки спра­ведливости этих моделей в ТГС, экспериментальная зависимость tg δ(E_~) пере­страивалась в соответствующих координатах. Полученные результаты приведены на рис. 2 и рис. 3. Хорошо видно, что эти зависимости являются линейными при определенных значениях амплитуды электрического поля. Это подтверждает наличие описанных выше механизмов диэлектрических потерь в монокристалле ТГС. Из полученной линейной за­висимости на рис. 2 был определен показатель степени в (1) m = 1,7. Из прямой на рис. 3. можно было бы оценить силу взаимодействия доменной границы с точечным дефектом, если опреде­лить тип и концентрацию точечных дефектов.

Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ (№13-02-97506 р_центр_а).

УДК 538.9