книги из ГПНТБ / Юркевич В.Э. Термодинамика твердых растворов с сегнетоактивной подсистемой учеб. пособие

JB. 3 , ХО рхеемяч:, J3 . XX, ф о л о м

Т Е Р М О Д Я Н А М Я К Д

Т В Е Р Д Ы Х E J k C T B O J P O B

СС Е Г И Е Т О А Х С Т Ш В М О Й

ПО Д С И С Т Е М О Й

-ъ -

ВВЕДЕНИЕ

Плодотворные исследования в области сегнетоэлѳвтриче-

следования в области сегнѳтоэлѳктричѳсісого фазового пере­ хода (ФП) позволяют значительно обогатить представлений о твердых телах. В области ФП проявляются Такие явления,ко­ торые в обычных условиях подавляются более интенсивными эффектами и, следовательно, нѳнабЛюдаеыы.

За последние годы оообѳнйо возросло число работ, по­ священных сегнетоэлѳктрическим твердым растворам (ОЭТР). Это объясняется их многосторонней технической применимос­ тью (гидро- и электроакустика, измерительная техника и автоматика, лазерные устройства и электротехника, радио­ электроника и квантовая оптика), а также возможностью йа последовательности твердых растворов, где постепенно ме­ няется соотношение компонент, проследить за изменением ѵ- условий, определяющих явление поляриеации. Одновременно ....

это позволяет судить об особенностях микроскопического ыеѵ хакизма атомных взаимодействий в кристаллической структу­ ре /1 0 /, что дает возможность' глубже проникнуть в проблему еегнетоэлектричества. Следовательно, твзрдые растворы яв­ ляются удобным объектом изучения особенностей механизма и кинетики сегнетоэлектричѳоних ФП. Постепенная, замена ионов приводит к закономерной вариации указанных факторов и иг-' менению условий протекания ФП и позволяет наиболее о тч е т -'. либо выявить связь между индивидуальными свойствами отдель­ ных структурных элементов и свойствами всего кристалла в целом.

- 4 -

Знание закономерности влияния концентрации примеси на основные свойства кристалла дает возможность производить

чие определенных успехов не только в создании термодинами­ ческой, но и микроскопической теории сегнетоэлектричества

боты теоретического плана по вопросам СЭТР, за Исключением

ты сравнительно недавно* экспериментальные и теоретические исследования проведены в меньшей степени по сравнению с сегнетозлѳктрикамиі Как для сегнетополупроводников /4 1 /, так и для сегнетоферромагнѳтиков /42 -44/ теоретические ис­ следования проведены в основном* в рамках термодинамики.

Естественно, что кристаллы, обладающие одновременно несколькими подсистемами, чувствительными к ФП, привлекают внимание исследователей и этим кристаллам принадлежит бу­ дущее. Однако представляется заманчивым возможность целе­ направленного варьирования физических свойств в данных кристаллах, что осуществимо путем создания сегнетополупроводниковых твердых растворов (СПТР)./45 -47/ и сегнетоферромагнитных твердых растворов (СФТР) /4 8 -5 0 /.

Предлагаемое учебное пособие посвящено термодинамичес­ кому описанию общих физических свойств вышеупомянутых твер­ дых растворов, учету влияния концентрации примеси, величи­ на гидростатического давления и электрического поля на по­ ведение физических характеристик В области ФП. В ряде слу­ чаев влияние этих факторов настолько велико, что изменяет­ ся характер ФП и становится актуальным вопрос о принадлеж-

- 5 -

ноети процесса к ФП первого рода (ФПІ) или к ФПІІ. Для объяснения эффектов размытия в твердых растворах исполь­ зована модель фазовых флуктуаций Я.И.Френкеля /5 1 / и мо­ дель областей Кенцига (МОК) /5 2 -5 5 /.

ГЛАВА I . ОБЩИЕ ВОПРОСЫ ТЕОРИИ ФАЗОВЫХ ПЕРЕХОДОВ

Излагается существующая г настоящее время классифика­ ция ФП. Рассматривается простейшая теория ФП в сегнетоэлектриках, которая основывается на термодинамических со­ ображениях, не использует микроструктурных представлений и рассматривает любой ФП как точечный процесс, протекают іц-ій при одной, строго определенной температуре. Вводится понятие размытого ФП, когда процесс протекает в некотором интервале температур, анализируются причины размытия. Предлагается методика количественного описания характера ФП с использованием ЭВМ. Наконец, рассматривается харак­ тер ФП в твердых растворах, анализируется влияние концен­ трации примеси и гидростатического давления.

В данной главе нашли отражение работы /56+58/.

§1. Классическая классификация фазовых переходов

В настоящее время используется классификация ФП, ос­ нованная на поведении частных производных термодинамичес­

ратура) в точке ФП изменяются скачкообразно:

олѳдует, что при ФПІ происходит скачкообразное изменение

терпевают скачок. Учитывая термодинамические соотношения

- сѵй скачки ооот

вѳтотвующях физических характеристик.

Первая термодинамическая теория ФПІІ была дана Эренфестон, который получил соотношения между окачкани различ­ ных физических характеристик, Б общем случае уравнение Вренфеста имеет вид /6 3 /

называется критической точкой Кюри (критическая А -точка) Ток> Вблизи температуры Ток ФПІ мало отличается от ФПІІ, поэтому часто говорят о ФПІ, близком к ФПІІ, шш о ФПІІ, близком к ФПІ.

Рассмотрим далее кратко теории ФП Л.Д,Ландау (ТФПЛ) /65+79/, являющуюся наиболее общей и полной термодинамичес­ кой теорией. В ТФПЛ предполагается, что для описания фаз, кроме обычных термодинамических параметров (давления и температуры), необходимы дополнительны“ величины г[, , Г[ ,

Г(п , характеризующие упорядочение отдельных подоиотем. В дальнейшем ограничимся случаем, когда фаза системы имеет только один параметр упорядочения (для оегнѳтоэлѳктриков этим параметром упорядочения является спонтанная поляриза­ ция Р ). Рассматриваемая теория развита в ооновном для ФПІІ* однако некоторые основные идоіг этой Теории могут быть успешно применены для ФПІ.

Тип ФП определяется характером поведения параметра упорядочения в окрестности точки ФП, Если при увеличении температуры поляризация достигает нуда, изменяясь скачко­ образно, то имеет .место сегнетоэлэкТрмесййй ФПІ, если зѳ непрерывно, - то ФПІІ.

8 -

потенциала, 63 - диэлектрическая проницаемость в сегнѳтофазе, fbp - диэлектрическая проницаемость в парафазе, сі ~ пьезомодуль, гг - коэффициент электрострикции.

Дальнейшее развитие ТФПЛ дало возможность объяснить аномальное поглощение ультразвука в окрестности точки ФПІІ /80+87/. Поляризация, индуцированная звуковой волной,

ной. Время релаксации и коэффициент поглощения .ультразвука