Создание наноструктур за счёт сегнето-антисегнетоэлектрического фазового превращения. Оптические материалы с отрицательным коэффициентом преломления

Создание наноструктур за счёт сегнето-антисегнетоэлектрического фазового превращения. Оптические материалы с отрицательным коэффициентом преломления

Вследствие слабого различия свободных энергий сегнето- (СЭ) и антисегнетоэлектрического (АСЭ) состояний в твёрдых растворах на основе цирконата-титаната свинца, в объёме образцов сосуществуют домены СЭ- и АСЭ-фаз, имеющие размеры порядка 200—300 Å. Когерентный характер межфазных границ приводит к ко...

Повний опис

Збережено в:
Бібліографічні деталі
Опубліковано в: :Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології
Дата:2012
Автори: Ищук, В.М., Спиридонов, Н.А.
Формат: Стаття
Мова:Russian
Опубліковано: Інститут металофізики ім. Г.В. Курдюмова НАН України 2012
Онлайн доступ:https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/75216
Теги: Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
Назва журналу:Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Цитувати:Создание наноструктур за счёт сегнето-антисегнетоэлектрического фазового превращения. Оптические материалы с отрицательным коэффициентом преломления / В.М. Ищук, Н.А. Спиридонов // Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології: Зб. наук. пр. — К.: РВВ ІМФ, 2012. — Т. 10, № 1. — С. 105-114. — Бібліогр.: 11 назв. — рос.

Репозитарії

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
id nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-75216
record_format dspace
spelling Ищук, В.М.
Спиридонов, Н.А.
2015-01-27T17:40:33Z
2015-01-27T17:40:33Z
2012
Создание наноструктур за счёт сегнето-антисегнетоэлектрического фазового превращения. Оптические материалы с отрицательным коэффициентом преломления / В.М. Ищук, Н.А. Спиридонов // Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології: Зб. наук. пр. — К.: РВВ ІМФ, 2012. — Т. 10, № 1. — С. 105-114. — Бібліогр.: 11 назв. — рос.
1816-5230
PACS numbers: 42.70.Qs, 68.37.Hk, 68.55.Nq, 77.80.-e, 77.84.-s, 78.20.Ci, 78.67.-n
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/75216
Вследствие слабого различия свободных энергий сегнето- (СЭ) и антисегнетоэлектрического (АСЭ) состояний в твёрдых растворах на основе цирконата-титаната свинца, в объёме образцов сосуществуют домены СЭ- и АСЭ-фаз, имеющие размеры порядка 200—300 Å. Когерентный характер межфазных границ приводит к концентрации упругих напряжений вдоль этих границ. Поскольку эквивалентные узлы кристаллической решётки занимают ионы различного размера, упругие напряжения обуславливают локальное расслоение твёрдого раствора: «большие» ионы вытесняются в домены с большими параметрами кристаллической решётки, а «малые» ионы – в домены с меньшими параметрами решётки. Размеры образовавшихся сегрегатов составляют порядка 80—150 Å. За счёт управления процессом локального распада твёрдого раствора можно получать функциональные материалы с разнообразными наборами физических параметров.
Внаслідок малої відмінности вільних енергій сеґнето- (СЕ) та антисеґнетоелектричного (АСЕ) станів, у твердих розчинах на основі цирконату-титанату олива в об’ємі зразків співіснують домени СЕ- і АСЕ-фаз, що мають розміри порядку 200—300 Å. Когерентний характер міжфазних меж призводить до концентрації пружніх напружень вздовж цих меж. Внаслідок того, що еквівалентні вузли кристалічної ґратниці займають йони з різними розмірами, ці напруження обумовлюють локальний розпад твердого розчину: більші за розмірами йони витискаються в домени з більшими параметрами кристалічної ґратниці, а «малі» йони – у домени з меншими параметрами ґратниці. Розміри сеґреґатів, що утворилися, складають порядку 80—150 Å. За рахунок керування процесом локального розпаду твердого розчину можна одержувати функціональні матеріяли з різноманітними наборами фізичних параметрів.
Domains of ferroelectric (FE) and antiferroelectric (AFE) phases with the sizes of 200—300 Å coexist in the in lead zirconate-titanate-based solid solutions samples bulk due to the weak difference of free energies of FE and AFE states. The coherent nature of the interphase domain boundaries leads to the concentration of lattice strains near these boundaries. Since ions with different sizes occupy the equivalent lattice sites, elastic stresses cause a local decomposition of the solid solution: ‘large’ ions are pushed into the domains with larger parameters of a crystal lattice, and ‘small’ ions are pushed into the domains with smaller lattice parameters. Sizes of segregates are 80—150 Å, and their distribution over the bulk is determined by the structure of domains. Functional materials with various sets of physical parameters can be fabricated, including textured ceramic piezoelectric materials, by controlling the local decomposition of solid solutions.
ru
Інститут металофізики ім. Г.В. Курдюмова НАН України
Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології
Создание наноструктур за счёт сегнето-антисегнетоэлектрического фазового превращения. Оптические материалы с отрицательным коэффициентом преломления
Article
published earlier
institution Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection DSpace DC
title Создание наноструктур за счёт сегнето-антисегнетоэлектрического фазового превращения. Оптические материалы с отрицательным коэффициентом преломления
spellingShingle Создание наноструктур за счёт сегнето-антисегнетоэлектрического фазового превращения. Оптические материалы с отрицательным коэффициентом преломления
Ищук, В.М.
Спиридонов, Н.А.
title_short Создание наноструктур за счёт сегнето-антисегнетоэлектрического фазового превращения. Оптические материалы с отрицательным коэффициентом преломления
title_full Создание наноструктур за счёт сегнето-антисегнетоэлектрического фазового превращения. Оптические материалы с отрицательным коэффициентом преломления
title_fullStr Создание наноструктур за счёт сегнето-антисегнетоэлектрического фазового превращения. Оптические материалы с отрицательным коэффициентом преломления
title_full_unstemmed Создание наноструктур за счёт сегнето-антисегнетоэлектрического фазового превращения. Оптические материалы с отрицательным коэффициентом преломления
title_sort создание наноструктур за счёт сегнето-антисегнетоэлектрического фазового превращения. оптические материалы с отрицательным коэффициентом преломления
author Ищук, В.М.
Спиридонов, Н.А.
author_facet Ищук, В.М.
Спиридонов, Н.А.
publishDate 2012
language Russian
container_title Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології
publisher Інститут металофізики ім. Г.В. Курдюмова НАН України
format Article
description Вследствие слабого различия свободных энергий сегнето- (СЭ) и антисегнетоэлектрического (АСЭ) состояний в твёрдых растворах на основе цирконата-титаната свинца, в объёме образцов сосуществуют домены СЭ- и АСЭ-фаз, имеющие размеры порядка 200—300 Å. Когерентный характер межфазных границ приводит к концентрации упругих напряжений вдоль этих границ. Поскольку эквивалентные узлы кристаллической решётки занимают ионы различного размера, упругие напряжения обуславливают локальное расслоение твёрдого раствора: «большие» ионы вытесняются в домены с большими параметрами кристаллической решётки, а «малые» ионы – в домены с меньшими параметрами решётки. Размеры образовавшихся сегрегатов составляют порядка 80—150 Å. За счёт управления процессом локального распада твёрдого раствора можно получать функциональные материалы с разнообразными наборами физических параметров. Внаслідок малої відмінности вільних енергій сеґнето- (СЕ) та антисеґнетоелектричного (АСЕ) станів, у твердих розчинах на основі цирконату-титанату олива в об’ємі зразків співіснують домени СЕ- і АСЕ-фаз, що мають розміри порядку 200—300 Å. Когерентний характер міжфазних меж призводить до концентрації пружніх напружень вздовж цих меж. Внаслідок того, що еквівалентні вузли кристалічної ґратниці займають йони з різними розмірами, ці напруження обумовлюють локальний розпад твердого розчину: більші за розмірами йони витискаються в домени з більшими параметрами кристалічної ґратниці, а «малі» йони – у домени з меншими параметрами ґратниці. Розміри сеґреґатів, що утворилися, складають порядку 80—150 Å. За рахунок керування процесом локального розпаду твердого розчину можна одержувати функціональні матеріяли з різноманітними наборами фізичних параметрів. Domains of ferroelectric (FE) and antiferroelectric (AFE) phases with the sizes of 200—300 Å coexist in the in lead zirconate-titanate-based solid solutions samples bulk due to the weak difference of free energies of FE and AFE states. The coherent nature of the interphase domain boundaries leads to the concentration of lattice strains near these boundaries. Since ions with different sizes occupy the equivalent lattice sites, elastic stresses cause a local decomposition of the solid solution: ‘large’ ions are pushed into the domains with larger parameters of a crystal lattice, and ‘small’ ions are pushed into the domains with smaller lattice parameters. Sizes of segregates are 80—150 Å, and their distribution over the bulk is determined by the structure of domains. Functional materials with various sets of physical parameters can be fabricated, including textured ceramic piezoelectric materials, by controlling the local decomposition of solid solutions.
issn 1816-5230
url https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/75216
citation_txt Создание наноструктур за счёт сегнето-антисегнетоэлектрического фазового превращения. Оптические материалы с отрицательным коэффициентом преломления / В.М. Ищук, Н.А. Спиридонов // Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології: Зб. наук. пр. — К.: РВВ ІМФ, 2012. — Т. 10, № 1. — С. 105-114. — Бібліогр.: 11 назв. — рос.
work_keys_str_mv AT iŝukvm sozdanienanostrukturzasčetsegnetoantisegnetoélektričeskogofazovogoprevraŝeniâoptičeskiematerialysotricatelʹnymkoéfficientomprelomleniâ
AT spiridonovna sozdanienanostrukturzasčetsegnetoantisegnetoélektričeskogofazovogoprevraŝeniâoptičeskiematerialysotricatelʹnymkoéfficientomprelomleniâ
first_indexed 2025-11-25T22:31:37Z
last_indexed 2025-11-25T22:31:37Z
_version_ 1850565903416033280
fulltext 105 PACS numbers: 42.70.Qs, 68.37.Hk,68.55.Nq,77.80.-e,77.84.-s,78.20.Ci, 78.67.-n Создание наноструктур за счёт сегнето-антисегнетоэлектрического фазового превращения. Оптические материалы с отрицательным коэффициентом преломления В. М. Ищук, Н. А. Спиридонов Научно-технологический центр «Реактивэлектрон» НАН Украины, ул. Бакинских Комиссаров, 17а, 83049 Донецк, Украина Вследствие слабого различия свободных энергий сегнето- (СЭ) и антисегне- тоэлектрического (АСЭ) состояний в твёрдых растворах на основе циркона- та-титаната свинца, в объёме образцов сосуществуют домены СЭ- и АСЭ- фаз, имеющие размеры порядка 200—300 Å. Когерентный характер меж- фазных границ приводит к концентрации упругих напряжений вдоль этих границ. Поскольку эквивалентные узлы кристаллической решётки зани- мают ионы различного размера, упругие напряжения обуславливают ло- кальное расслоение твёрдого раствора: «большие» ионы вытесняются в до- мены с большими параметрами кристаллической решётки, а «малые» ио- ны – в домены с меньшими параметрами решётки. Размеры образовав- шихся сегрегатов составляют порядка 80—150 Å. За счёт управления про- цессом локального распада твёрдого раствора можно получать функцио- нальные материалы с разнообразными наборами физических параметров. Внаслідок малої відмінности вільних енергій сеґнето- (СЕ) та антисеґнетое- лектричного (АСЕ) станів, у твердих розчинах на основі цирконату- титанату олива в об’ємі зразків співіснують домени СЕ- і АСЕ-фаз, що мають розміри порядку 200—300 Å. Когерентний характер міжфазних меж приз- водить до концентрації пружніх напружень вздовж цих меж. Внаслідок то- го, що еквівалентні вузли кристалічної ґратниці займають йони з різними розмірами, ці напруження обумовлюють локальний розпад твердого розчи- ну: більші за розмірами йони витискаються в домени з більшими парамет- рами кристалічної ґратниці, а «малі» йони – у домени з меншими парамет- рами ґратниці. Розміри сеґреґатів, що утворилися, складають порядку 80— 150 Å. За рахунок керування процесом локального розпаду твердого розчи- ну можна одержувати функціональні матеріяли з різноманітними наборами фізичних параметрів. Domains of ferroelectric (FE) and antiferroelectric (AFE) phases with the Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології Nanosystems, Nanomaterials, Nanotechnologies 2012, т. 10, № 1, сс. 105—114 © 2012 ІМФ (Інститут металофізики ім. Г. В. Курдюмова НАН України) Надруковано в Україні. Фотокопіювання дозволено тільки відповідно до ліцензії 106 В. М. ИЩУК, Н. А. СПИРИДОНОВ sizes of 200—300 Å coexist in the in lead zirconate-titanate-based solid solu- tions samples bulk due to the weak difference of free energies of FE and AFE states. The coherent nature of the interphase domain boundaries leads to the concentration of lattice strains near these boundaries. Since ions with differ- ent sizes occupy the equivalent lattice sites, elastic stresses cause a local de- composition of the solid solution: ‘large’ ions are pushed into the domains with larger parameters of a crystal lattice, and ‘small’ ions are pushed into the domains with smaller lattice parameters. Sizes of segregates are 80—150 Å, and their distribution over the bulk is determined by the structure of do- mains. Functional materials with various sets of physical parameters can be fabricated, including textured ceramic piezoelectric materials, by control- ling the local decomposition of solid solutions. Ключевые слова: цирконат свинца, сегнетоэлектрик, антисегнетоэлек- трик, фазовый переход, локальный распад твёрдого раствора. (Получено 18 октября 2010 г.) 1. ВВЕДЕНИЕ В течение последнего десятилетия показано, что в сложных оксид- ных соединениях с кристаллической структурой перовскита, вследствие слабого энергетического различия СЭ и АСЭ состояний, домены указанных фаз сосуществуют в широких интервалах изме- нения внешних термодинамических параметров [1—4]. Неоднород- ное состояние сосуществующих фаз оказывается стабильным отно- сительно однородного состояния каждой из фаз. Это приводит к ря- ду замечательных физических эффектов, рассмотренных в [5—7]. Привлекают внимание исследователей эти соединения и с точки зрения прикладного их использования [8]. В данной работе приведены результаты исследований, направ- ленных на использование и применение СЭ—АСЭ фазовых перехо- дов (ФП) в материаловедении. В качестве объектов исследований выбраны две системы твердых растворов, одним из компонентов которых является АСЭ цирконат свинца, а вторым – СЭ, привно- сящий эффекты ангармонизма кристаллического потенциала. Фазовые диаграммы «состав—температура» (y—T-диаграммы) рассматриваемых твердых растворов идентичны (рис. 1). При температурах ниже точки Кюри имеются области СЭ- и АСЭ- состояний, разделенные широкой граничной областью (показанной штриховкой), которая характеризуется сосуществованием доменов СЭ- и АСЭ-фазы. Такое сосуществование было идентифицировано рентгеновским методом и непосредственно наблюдалось методом просвечивающей электронной микроскопии (рис. 2) [1, 2, 4, 6]. СЭ- фаза твердых растворов характеризуется ромбоэдрическим типом искажения кристаллической решетки, а АСЭ-фаза – тетрагональ- СОЗДАНИЕ НАНОСТРУКТУР ЗА СЧЁТ ФАЗОВОГО ПРЕВРАЩЕНИЯ 107 ным. После воздействия на образцы электрического поля на у—Т- диаграмме появляется область индуцированных СЭ-состояний, и диаграмма приобретает более сложный вид [2, 6], но в данной рабо- те такие эффекты не рассматриваются. Результаты, полученные на двух системах твердых растворов, физически идентичны. 2. МЕТОДИКА ВЫПОЛНЕНИЯ ЭКСПЕРИМЕНТОВ Шихта твердых растворов была получена совместным соосаждени- ем из смеси водных растворов нитратов и хлоридов металлов- компонентов с последующим двустадийным синтезом при 550 и 850°С. Поликристаллические образцы получены спеканием при температурах 1320—1340°С в контролируемой атмосфере PbO. а б Рис. 1. Фазовые диаграммы «состав—температура» твердых растворов, ис- следованных в данной работе, в области сосуществования СЭ- и АСЭ-фаз. а б Рис. 2. а – фотография двухфазной доменной структуры, полученная мето- дом просвечивающей электронной микроскопии; б – схема движения ионов вблизи межфазной границыприлокальномраспаде твердого раствора. 108 В. М. ИЩУК, Н. А. СПИРИДОНОВ Рентгеновские структурные исследования были выполнены на порошковом дифрактометре SIEMENS D-500 с использованием Ge- монохроматора (CuKα-излучение с длиной волны 1,54056 Å) и газо- вого позиционно чувствительного детектора BRAUN. Разрешение по углу 2θ составляло 0,01°. Исследования мезоскопической структуры твердых растворов были выполнены методом Дебая (со шлифа) с последующим фото- метрированием рентгенограмм. Использовали СоKα-излучение, от- фильтрованное слоем порошка оксида ванадия. Скорость вращения плоского образца составляла 1 об/с, длительность съемки – 20 мин (по 10 мин для каждого положения плоскости образца, симметрич- ного относительно падающего рентгеновского пучка). Измерения диэлектрических и пьезоэлектрических характери- стик выполнены стандартными методами [9]. 3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ 3.1. Рентгеновские исследования в ПЭ фазе Исследуемые твердые растворы характеризуются высокой степенью размытия параэлектрического (ПЭ) ФП δ, когда их состав соответ- ствует области сосуществования СЭ и АСЭ фаз на у—Т-диаграмме (за- штрихованная область на рис. 1). При увеличении или уменьшении содержания титана степень размытия ФП значительно снижается. В работе исследованы зависимости параметров кристаллической решетки и формы линий на рентгеновских дифрактограммах от температуры. Во втором случае были выбраны линии (222) и (400), наиболее характерные для данного класса веществ. Линия (222) яв- ляется синглетной в случае тетрагонального типа искажений ре- шетки и дуплетной при тетрагональном типе искажений. Линия (400) синглетная при ромбоэдрическом типе искажений и дуплет- ная при тетрагональном типе искажений кристаллической решет- ки перовскита. Поскольку размытие ФП связано с существованием доменов упо- рядоченных фаз выше точки ПЭ ФП, анализ формы линий позволя- ет сделать вывод о том, домены каких фаз существуют в ПЭ матрице вещества при высоких температурах. Экспериментальные результаты обобщены на рис. 3 (параметр асимметрии рентгеновских линий γ = Sl/Sr, где Sl и Sr – площади под контуром линии слева и справа от перпендикуляра, опущенно- го из вершины линии). Как видно, для образцов из заштрихованной области у—Т-диаграммы обе линии (222) и (400) являются асиммет- ричными в широком температурном интервале в ПЭ фазе. Это явля- ется следствием существования двухфазных (СЭ + АСЭ) доменов в ПЭ матрице вещества при Т > Тс (см. ниже п. 4.1). СОЗДАНИЕ НАНОСТРУКТУР ЗА СЧЁТ ФАЗОВОГО ПРЕВРАЩЕНИЯ 109 3.2. Долговременная релаксация Полученные ранее результаты [10, 11] показывают, что мезоскопи- ческая структура исследуемых твердых растворов непосредственно связана с сосуществованием доменов СЭ- и АСЭ-фаз при температу- рах ниже точки Кюри и обусловлена локальным распадом и ионной сегрегацией вблизи межфазных доменных границ. Образцы твердых растворов отжигали при 600°С в течение 22 ч. Затем образцы были закалены на комнатную температуру, выпол- няли их старение в течение времени τ и съемку рентгеновских ди- фрактограмм. Дифрактограммы, которые были сняты при 600°С (после отжига), характеризуются наличием только синглетных брэгговских линий. В процессе старения вид дифрактограмм усложняется. Помимо брэгговских линий появляются значительно менее интенсивные размытые диффузные линии (гало) в интервале углов θ = 25—27° (гало 1) и θ = 29—32° (гало 2). Интенсивность, по- ложение и форма гало меняются со временем старения. Меняются также форма и положение линий, характеризующих кристалличе- скую структуру исследуемых твердых растворов. На рисунке 4 показаны зависимости от времени старения объема элементарной ячейки и изменение формы и положения брэгговских линий, а на рис. 5 – временные зависимости формы, положений и Рис. 3. Температурные зависимости параметров кристаллической решет- ки и формы брэгговских линий для твердых растворов из трех различных участков диаграммы фазовых состояний, приведенной на рис. 1. 110 В. М. ИЩУК, Н. А. СПИРИДОНОВ интенсивности диффузных линий. 4. ОБСУЖДЕНИЕ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ РЕЗУЛЬТАТОВ 4.1. Двухфазное зародышеобразование Исследуемые твердые растворы при температурах, превышающих точку Кюри, имеют сложную композитную структуру. В первом приближении можно считать, что в ПЭ матрице образцов суще- ствуют двухфазные (СЭ + АСЭ) домены, которые можно рассматри- вать как сочлененные домены СЭ- и АСЭ-фаз. Такая структура мо- жет быть понятной, исходя из следующих соображений. В сегнетоэлектриках объем элементарной кристаллической ячейки возрастает при ФП в упорядоченное состояние по сравне- нию с таковым в ПЭ-фазе. Для антисегнетоэлектриков этот объем уменьшается при ФП. Поэтому, если домены низкотемпературной фазы сохраняются в объеме образцов выше точки ПЭ ФП, это со- провождается возрастанием упругой энергии (вследствие различия конфигурационных объемов фаз). В случае появления двухфазного (СЭ + АСЭ) домена его конфигурационный объем не отличается от конфигурационного объема ПЭ-фазы, не будет повышаться и упру- а б Рис. 4. Зависимости от времени старения объема элементарной ячейки (а) и изменение формы и положения брэгговских линий (б) в процессе старе- ния твердого раствора, в котором сосуществуют домены СЭ- и АСЭ-фаз. Время старения τ, ч: 1 – 0,25, 2 – 0,5, 3 – 3,5, 4 – 23, 5 – 48, 6 – 72, 7 – 96, 8 – 120. СОЗДАНИЕ НАНОСТРУКТУР ЗА СЧЁТ ФАЗОВОГО ПРЕВРАЩЕНИЯ 111 гая энергия образца в целом. Отношение объемов СЭ- и АСЭ-фаз внутри такого домена зависит от относительной стабильности СЭ- и АСЭ-состояний для каждого конкретного твердого раствора (от рас- положения на фазовой у—Т-диаграмме относительно границы, раз- деляющей области СЭ- и АСЭ-состояний), от разности конфигура- ционных объемов ПЭ-состояния и каждого из упорядоченных со- стояний. Дополнительная стабилизация такого двухфазного образования в ПЭ-матрице образцов обеспечивается межфазным взаимодействи- ем СЭ- и АСЭ-фаз внутри двухфазного домена [1, 2], которое обу- словлено дальнодействующими полями, генерируемыми парамет- рами порядка фаз. В частности, это же взаимодействие обеспечива- ет стабильность двухфазного состояния при низких температурах (заштрихованная область у—Т-диаграммы на рис. 1). 4.2. Локальный распад твердого раствора Сосуществующие домены СЭ- и АСЭ-фаз имеют различные меж- плоскостные расстояния и разделены межфазными границами (МФГ). В работах [1, 4, 6] нами выполнены исследования методом про- свечивающей электронной микроскопии структуры сосуществую- щих СЭ- и АСЭ-доменов (рис. 2). Было показано, что размеры доме- нов составляют порядка 200—300 Å, МФГ имеют когерентный ха- рактер. Не было обнаружено и концентрации деформаций вблизи а б Рис. 5. Временные зависимости формы, положений (а) и интенсивности диффузных линий (б) твердого раствора, в котором сосуществуют домены СЭ- и АСЭ-фаз. Время старения τ, ч: 1 – 0,25, 2 – 0,5, 3 – 3,5, 4 – 23, 5 – 48, 6 – 72, 7 – 96, 8 – 120. 112 В. М. ИЩУК, Н. А. СПИРИДОНОВ МФГ. Это позволяет сделать заключение о внутренней структуре указанных границ. Переход через МФГ (указанную МФГ можно назвать затравочной или «голой») сопровождается непрерывным сопряжением кристаллических плоскостей. Такой когерентный характер должен сопровождаться возрастанием упругой энергии решетки вдоль границ. В рассматриваемых веществах эквивалентные узлы кристалли- ческой решетки занимают ионы, имеющие различные размеры и/или различные заряды. Внутри однофазного домена (вдали от его границ) каждый из ионов не подвергается воздействию сил (пра- вильнее сказать, что результирующая сила, действующая на каж- дый из ионов, равна нулю). Другая ситуация складывается вблизи МФГ. Баланс сил наруша- ется. «Большие» ионы вытесняются в домены с большим конфигу- рационным объемом и, соответственно, с большими межплоскост- ными расстояниями. «Маленькие» ионы вытесняются в домены с меньшими межплоскостными расстояниями. Такой процесс сопро- вождается, с одной стороны, снижением упругой энергии вдоль МФГ, и, с другой стороны, возрастанием энергии, обусловленной отклонением состава твердого раствора от равновесного. Указан- ный процесс заканчивается, когда структура новой МФГ будет со- ответствовать минимуму энергии. Такая МФГ является «одетой». Далее термин МФГ будем использовать именно для такой границы. Таким образом, образование гетерофазной структуры сопровож- дается нарушением химической однородности образцов. При высо- ких температурах, когда нет сосуществования СЭ- и АСЭ-фаз, об- разцы остаются однородными. 4.3. Долговременная релаксация Анализ временных зависимостей, формы диффузных линий, также как и отсутствие этих линий на дифрактограммах, снятых при 600°С, еще раз подтверждают связь долговременной релаксации и образования сегрегатов с межфазными доменными границами. Процесс установления равновесного состояния в твердых раство- рах, в которых реализуется состояние сосуществующих СЭ- и АСЭ- фаз, является долговременным – он продолжается не менее 5 су- ток. Процесс является многостадийным [10, 11]. Оценка размеров сегрегатов (исходя из формы диффузных линий) дает значения по- рядка 80—150 Å. Процессы долговременной релаксации немонотонные, что связа- но с условием «сильного отклонения от равновесности» на началь- ной стадии сразу после закалки. В случае «слабого отклонения от равновесности» процесс является монотонным и описывается экс- поненциальным законом. СОЗДАНИЕ НАНОСТРУКТУР ЗА СЧЁТ ФАЗОВОГО ПРЕВРАЩЕНИЯ 113 4.4. Создание текстурированных наноструктур Поскольку неоднородная структура и сегрегаты вдоль межфазных границ рождаются в процессе ФП, а самим переходом можно легко управлять (электрическим полем, давлением и т.д.) и он является долговременным, то легко можно управлять и микроструктурой твердых растворов. В частности, можно создавать текстурированную структуру рассматриваемых материалов при Т > Тс, которая остается стабильной после отключения внешних воздействий на образцы. Если охлаждение от высоких температур осуществлять в элек- трическом поле, то распределение осей спонтанной поляризации (а значит, и распределение направлений межфазных СЭ—АСЭ-границ) зарождающихся двухфазных доменов будет задаваться направле- нием поля. В этом случае после охлаждения в образцах создается текстура, которая при комнатной (и близкой к ней) температуре стабилизируется сегрегатами на межфазных границах. Образцы являются макроскопически поляризованными, и в них легко воз- будить пьезоэлектрический резонанс. Если же выполнить дополни- тельную поляризацию образцов полем, направление которого сов- падает с направлением поля в процессе термоэлектрической обра- ботки, то материалы обладают набором свойств, которые недоступ- ны при других видах обработки материалов. 4.5. Оптические материалы с отрицательным коэффициентом преломления Как известно из результатов исследования распространения элек- тромагнитного излучения СВЧ-диапазона в композитах диэлек- трик—металл, возможно явление отрицательного коэффициента преломления при длинах волн, соответствующих периоду распре- деления металлических включений в диэлектрической матрице. Для оптического диапазона такие структуры создать пока не удава- лось вследствие ряда принципиальных ограничений (этот вопрос в данной работе не обсуждается). Если в процессе фазовых превращений в твердых растворах из заштрихованной области диаграммы на рис. 1 локальный распад осуществить таким образом, чтобы сегрегаты обладали металличе- ской проводимостью (основная матрица является диэлектриком с проводимостью порядка 10 −14—10 −16 Ом⋅см), то можно получать оп- тические материалы с отрицательным коэффициентом преломле- ния в диапазоне длин волн, соответствующих размерам доменов со- существующих фаз. В качестве примера на рис. 6 показаны зависи- мости прозрачности одного из таких материалов от длины световой волны. Как видно, на этих зависимостях имеются провалы, соот- ветствующие реализации режима отрицательного преломления 114 В. М. ИЩУК, Н. А. СПИРИДОНОВ света. Глубиной модуляции можно управлять за счет изменения проводимости сегрегатов. Возможно подбирать оптический диапа- зон, в котором реализуется режим отрицательного преломления света, за счет изменения положения твердого раствора на диаграм- ме «состав—температура» или за счет изменения положения на диа- грамме «электрическое поле—температура» путем изменения раз- ности потенциалов на электродах элемента. Однако наиболее инте- ресные результаты получены на тонкопленочных структурах. ЦИТИРОВАННАЯ ЛИТЕРАТУРА 1. V. M. Ishchuk, E. A. Zavadskiy, and O. V. Presnyakova, Sov. Phys.–Solid State, 26: 437 (1984). 2. V. M. Ishchuk, N. I. Ivashkova, and S. V. Matveev, Phase Transitions, 53: 23 (1995). 3. V. M. Ishchuk, V. N. Baumer, and V. L. Sobolev, J. Phys.: Condens. Matter, 17: L177 (2005). 4. V. M. Ishchuk and S. V. Matveev, Ferroelectrics, 163: 89 (1994). 5. V. M. Ishchuk, Ferroelectrics, 256: 75 (2001). 6. V. M. Ishchuk, Ferroelectrics, 289: 1 (2003). 7. V. M. Ishchuk, Ferroelectrics, 289: 33 (2003). 8. V. M. Ishchuk, V. L. Sobolev, N. A. Spiridonov, J. Appl. Phys., 101: 124103 (2007). 9. IEEE Standard on Piezoelectricity. IEEE Standard 176—1978 (1978). 10. V. M. Ishchuk, Z. A. Samoylenko, and V. L. Sobolev, J. Phys.: Condens. Matter, 18: 11371 (2006). 11. V. M. Ishchuk, Z. A. Samoylenko, and V. L. Sobolev, Ferroelectrics, 377: 36 (2008). Рис. 6. Зависимость светопропускания от длины волны электромагнитного излучения прозрачного композитного материала в виде диэлектрической матрицы с металлопроводными сегрегатами. Увеличение номера у кривых соответствует увеличению проводимости сегрегатов.

Схожі ресурси