Диэлектрическая релаксация в кристалле молибдата гадолиния

С. Е.Трухачев, аспирант, Леонов В.А., студент гр. ПФм-111, Кафедра физики твёрдого тела

В настоящей работе исследована температурная зависимость tgδ в молибдате гадолиния (GMO) при различных частотах. Интерес вызывают те процессы в кристалле, которые связаны с состоянием и динамикой доменных границ, например, диэлектрическая релаксация. По температурному смещению пиков при изменении частоты можно оценить энергию активации релаксационных процессов, а так же сделать некоторые выводы об их природе.

Измерения tgδ проводились мостовым методом на частотах 10 и 50 кГц при амплитуде измерительного напряжения 1 В. Температура в измерительной ячейке в азотном криостате изменялась со скоростью 1 К/мин. Образец представлял собой прямоугольный брусок размером 2х2х3 мм³ с серебряными электродами, нанесенными перпендикулярно полярной оси Z.

Результаты эксперимента представлены на рисунке 1. В интервале температур 160-240 К на зависимости tgδ(T) имеется пик при частоте 10 кГц на 191,8 К (кривая 1), который смещается вверх по шкале температур до 203,9 К при увеличении частоты до 50 кГц (кривая 2). Поскольку положение пика tgδ зависит от частоты, то пик диэлектрических потерь имеет релаксационный характер.

.
Рис. 1. Температурные зависимости tgδ кристалла GMO при разных частотах измерительного поля: 1 – 10, 2 – 50 кГц	Рис. 2. Зависимость натурального от обратной температуры логарифма времени релаксации

В предположении о дебаевском характере релаксационного процесса из условия максимума потерь ωτ = 1 найдены значения времен релаксации τ для каждой из температур пиков. С использованием полученных данных была построена зависимость lnτ от обратной температуры (рис. 2). Время релаксации τ может быть описано формулой Аррениуса τ = τ₀exp(Ea/kT) [1]. Оцененные по экспериментальным данным значения энергии активации релаксационного процесса E_a и предэкспоненциального множителя τ₀ составили ~0.45 эВ и 2.08⋅10 ^–16 с соответственно.

Для объяснения природы пика можно использовать модель взаимодействия точечных дефектов с доменными стенками [2]. Предполагается, что смещение доменных границ из равновесных положений под действием измерительного электрического поля ограничивается квазиупругими силами, существующими в отсутствие точечных дефектов, и электростатическим взаимодействием доменных стенок с адсорбированными точечными дефектами. Причем для тех температур, когда диффузионная подвижность дефектов достаточно велика, смещение доменной стенки определяется только квазиупругой силой, а при низких температурах можно считать, что точечные дефекты неподвижны и на доменную стенку со стороны точечных дефектов действует сила притяжения. Спустя некоторое время, достаточное для диффузионного дрейфа точечных дефектов к границе домена, сила притяжения становится равной нулю, и стенка получает возможность дополнительного смещения, т.е. происходит релаксация, сопровождающаяся диэлектрическими потерями [3].

Литература

1. Постников В.С. Внутреннее трение в металлах. М.: Металлургия, 1974. 352 с.

2. Gridnev S.A. // Ferroelectrics. 2002. V. 266. P. 171.

3. С.А. Гриднев, К.С. Дрождин, В.В. Шмыков // Кристаллография, 1997, том 42, № 6, с. 1135- 1136.

УДК 537.226