Доменная структура кристаллов SBN

Доменную структуру кристаллов SBN исследуют различными методами: атомно-силовой микроскопией [75, 76], сканирующей электронной

микроскопией [77], рентгеновской топографией [78], химическим травлением 174, 79] и оптическими методами [80].

SBN:0,61 методом травления показало наличие как доменов, так и дефектов, связываемых с нарушением состава кристаллов (рис. 1.18). На беспримесных образцах SBN:0,61 доменная структура проявляется в виде так называемых шахматных фигур, равномерно распределенных по поверхности кристалла (рис. 1.18). При более подробном исследовании этих фигур было установлено, что они состоят из большого количества микродоменов. Исследование двумерных сечений статической доменной структуры оптическим методами [80] выявило специфику доменной структуры во всех составах этого кристалла - существование длинных (иглообразных) доменов с поперечным сечением ~ 10 мкм и длиной ~1 мм (рис. 1.19).

Рис. 1.18. Картина травления полярного среза монокристалла SBN61, нанесенный масштаб 10 мкм [74].

Крупную статическую доменную структуру авторы [80] охарактеризовали как четырехгранные пирамидальные иглы с углом при вершине около 0.5°, вытянутые от поверхности в глубь образца. Поперечное сечение и длина доменов составляют микроны и 0.2-1 мм, соответственно. Домены обладают сильной анизотропией формы, что, согласно авторам [80], и приводит к анизотропным макроскопическим свойствам. Иглообразная форма доменов в SBN предполагает, что трансляционная инвариантность поляризации нарушена только в плоскости а h,но не в с направлении. Из-за

«выклинивания» доменов поверхностная и объемная доменные плотности существенно различаются; внутренний объем однородного кристалла может более устойчиво сохранять монодоменное состояние, поверхностные доменные конфигурации менее устойчивы.

Рис. 1.19. Домены на плоскости (110) в кристалле SBN:0.61 [80].

Динамика доменов в процессе переключения имеет две стадии - быструю и медленную, причем быстрая стадия имеет порог и соответствует прорастанию игольчатых доменов вперед. Формирование доменных границ происходит с участием пьезоэффекта и упругого взаимодействия. Слоевая неоднородность способствует закреплению доменов на дефектах и препятствует монодоменизации. Эти эффекты взаимодействия доменов с реальной ростовой структурой, как и особенности их пьезоэлектрического взаимодействия, следует принимать во внимание при рассмотрении релаксорного поведения [80]. Медленная стадия переключения осуществляется посредством движения наклонных «заряженных» доменных стенок [81], а не путем бокового перемещения «незаряженных» стенок цилиндрических статических доменов, как до последнего времени считалось для сегнетоэлектриков.

Ярким проявлением релаксорных свойств SBN является существование полярных нанодоменов (рис. 1.20). Нанодоменная структура наблюдалась в работах [58, 75, 76, 82 8∣ PFM методом с использованием атомно-силового микроскопа в SBN.

Рис. 1.20. Динамики макроскопического 180° домена, поляризованного противоположно окружающей матрице при температуре: а) Т=295 К, б) Т=325 К, в) Т=350 К в малом масштабе (верхние рисунки) и увеличенном (верхние рисунки) [82].

На рис. 1.20 показано тепловое развитие макроскопического 180° домена кристалла SBN, легированного Сг (левая колонка) после нагревания от Т=295К до 350 К. Этот домен - остаток предшествующего процесса поляризации. Его поляризация направлена вниз в противоположном направлении нейтральной среде. Верхние рисунки представляет увеличение края домена. Как показано авторами [82] ниже T_mε = 320 К доменная стенка довольно гладкая и хорошо определена, при нагревании выше Tmнаблюдается постепенное разветвление доменной стенки.

неожиданно сохраняется до Т = 350 К. Это не совпадает с поведением нормального сегнетоэлектрического материала, поэтому авторами [82] высказано предположение о возможности существования локальной памяти изменения симметрии фазы.

В работе [75] продемонстрировано влияние поля, подаваемого на поверхность образца с кантилевера атомно-силового микроскопа на характеристики доменной структуры кристалла SBN:Nd. В частности, авторами отмечено наличие зависимости площади домена от времени экспозиции в поле (рис. 1.21).

Рис. 1.21. Зависимость площади домена от времени экспозиции в SBN:Nd для Ucb = 10 и 8 В (кривые 1 и 2 соответственно). На вставке - скорость бокового движения доменной стенки от расстояния до центра зонда [75].

Целый ряд аномалий в области фазового перехода в релаксорных сегнетоэлектриках связывают именно с существованием нанодоменов. Автор работы [84] анализирует дисперсию диэлектрической проницаемости в твердых растворах и полагает, что сформированные при охлаждении нанодомены в релаксорных сегнетоэлектриках являются переключаемыми при температурах T>T_mεи закрепленными при T