Влияние примеси Ей на диэлектрический гистерезис кристаллов SBN61

Как было показано в и. 4.2.2, примесь Ей способствует более однородному распределению поляризации по толщине образца кристалла SBN61. Согласно литературным данным [72] (таблица 4.2), примесь Ей значительно, особенно при температуре максимума, увеличивает значения диэлектрической проницаемости, при этом снижение температуры Кюри с увеличением концентрации примеси незначительное.

Таблица 4.2

Диэлектрические характеристики кристаллов SBN61 с различной концентрацией примеси Ей [72]

Рис. 4.23. Температурная зависимость спонтанной поляризации кристалла SBN61 с примесью Ей. Кривая 1 - 2000, 2 - 4000, 3 - 8000 и 4 - 16000 ppm .

Рис.

В результате исследований установлено, что при комнатной (20°С) температуре, величина переключаемой поляризации, рассчитанная по петле диэлектрического гистерезиса, практически не зависит от концентрации примеси (Рис. 4.23), тогда как коэрцитивное поле с увеличением концентрации Ей уменьшается существенно (Рис. 4.24). Необходимо отметить, что незначительный рост переключаемой поляризации, аналогичный наблюдаемому у беспримесных кристаллов SBN61 [150], имеет место только у SBN61:Eu 2000 ppm (Рис. 4.23, кривая 1).

Примесь Ей не только способствует более однородной поляризации легированного образца SBN61, но также стабилизирует сегнетоэлектрические свойства в районе температуры фазового перехода. Это проявляется в сохранении формы петли до ее полного исчезновения в точке Кюри (Рис. 4.25), в отличие от беспримесного кристалла SBN61, у которого петля в процессе нагрева вырождается в «эллипс» диэлектрических потерь [68]. Для всех исследуемых образцов петля имеет прямоугольную форму, слабое отклонение от прямоугольной формы наблюдалось только при приближении к точке Кюри.

У SBN61: Eu 1(5000 при комнатной температуре имеет место незначительное искажение в виде слабой «перетяжки» петли, исчезающее в процессе нагрева (Рис. 4.25,6). Подобные «перетяжки» характерны для кристаллов с примесями [151]. Для SBN6EEu они наблюдаются только у образцов с высокой концентрацией примеси (16000 ppm).

Рис. 4.25. Температурная зависимость петель диэлектрического гистерезиса кристалла SBN61:Eu2000 (а) и SBN6EBM6000 (б). Ось Y - 2 В/дел; ось X - 94 (а) и 133 (б) В/дел.

Особенно ярко «перетяжки» выражены на частных петлях в процессе «формовки» петли при выдержке образца в переменном поле постоянной амплитуды (Рис. 4.26). Формирование петли при выдержке в поле осуществляется за счет саморазогрева образца. В экспериментах температура кристалла фиксировалась дистанционно с использованием тепловизора (Testo- 875-1), подача переменного поля осуществлялась скачком.

Контрольные эксперименты с измерением температуры образцов, помещенных в постоянное электрическое иоле, значение которого превышало величину коэрцитивного поля, показали отсутствие нагрева кристаллов. Таким

образом, проводимость кристаллов не может быть причиной нагрева образцов в переменном поле.

Необходимо отметить, что при величине напряженности подаваемого поля меньше коэрцитивного частные петли не наблюдаются и формирования петли при выдержке в поле не происходит, разогрева образца в данном случае также не наблюдается. Частные петли, с дальнейшей «формовкой» петли и ее переходом в насыщенную, начинают иметь место только при подаче на образец поля, сравнимого по величине с коэрцитивным (Рис. 4.26 и 4.27). При резком помещении образец в переменное поле, превышающее коэрцитивное, петля раскрывается мгновенно, а затем, в процессе разогрева образца под действием поля, эволюционирует (Рис. 4.28) аналогично изменениям, наблюдаемым в процессе обычного (в термокамере) нагрева образца (Рис. 4.25, б).

Таким образом, поскольку разогрев имел место только в тех полях, при которых наблюдались петли гистерезиса (как насыщенные, так и частные), то, по всей видимости, причиной нагрева образца служат переменные механические напряжения, возникающие в нем в процессе переключения поляризации в переменном поле.

Обращает на себя внимание тот факт, что величина поля на образце после раскрытия петли (Рис. 4.26 - 4.28) значительно превосходит величину поля, подаваемого с генератора (через повышающий трансформатор с разведенными обмотками). Особенно сильно это проявляется в случае униполярного образца (Рис. 4.27). Ранее подобный эффект наблюдался на образцах беспримесного SBN61 и описан в работах [12, 13].

Исследования петель диэлектрического гистерезиса кристаллов SBN61 легированного европием, подтвердили вывод, сделанный в п.4.2.2 о том, что примесь Ей стабилизирует состояние поляризации кристалла SBN61.

сравнению с беспримесным образцом. Незначительные искажения петли гистерезиса, характерные для кристаллов с примесями имеют место только у SBN: Eu16000.

Рис. 4.26. Зависимость петель диэлектрического гистерезиса кристалла SBN:Eul6000 (толщина образца 1,25 мм) от времени выдержки в поле. Подаваемое на образец напряжение 200 В. Ось Y: 5 В/дел; ось X - 200 В/дел.

Рис. 4.27. Зависимость петель диэлектрического гистерезиса кристалла SBN:Eu2000 (толщина образца 1,15 мм) от времени выдержки в поле. Подаваемое на образец напряжение 400 В. Ось Y: 2 В/дел; ось X - 200 В/дел.

Рис. 4.28. Зависимость петель диэлектрического гистерезиса кристалла SBN:Eu16000(толщина образца 1,25 мм) от времени выдержки в поле. Подаваемое на образец напряжение 400 В. Ось Y: 5 В/дел; ось X - 200 В/дел.

С другой стороны, наличие в кристалле примеси Ей приводит к сохранению переключательной способности кристаллов SBN61 вплоть до температуры исчезновения макроскопической поляризации, что, по всей видимости, обусловлено меньшим значением проводимости у кристаллов SBN61 легированных Ей по сравнению с беспримесным [152].