ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы. В настоящее время сегнетоэлектрические и род­ственные им материалы находят широкое применение в различных областях электронной техники (нелинейные конденсаторы, энергонезависимые эле­менты памяти, приемники электромагнитного излучения в инфракрасной части спектра, пьезоэлектрические преобразователи, сенсоры и др.).

Теоретические основы метода нелинейной диэлектрической спектро­скопии разработаны для сегнетоэлектрических кристаллов, описываемых в рамках феноменологической теории Ландау-Гинзбурга-Девоншира. В ос­тальных случаях полученные результаты, имеют качественный характер. C другой стороны, в последнее время увеличивается интерес к неоднородным сегнетоэлектрическим нано- и микроструктурам, которые более перспектив­ны по сравнению с однородными материалами. Поэтому вопрос изучения границ применения метода НДС для неоднородных систем актуален в теоре­тическом и практическом плане.

Цель диссертационной работы - выявление особенностей генерации гармоник высшего порядка в сегнетоэлектриках, мультиферроиках и компо­зитах на их основе вблизи фазовых переходов.

Для достижения указанной цели необходимо решить следующие задачи:

1. Автоматизировать процесс измерения и обработки результатов для ис­следования нелинейных диэлектрических свойств методом НДС.

6. По полученным экспериментальным данным оценить применимость ме­тода НДС для неоднородных систем с электрическим и магнитным упо­рядочением.

Научная новизна

2. Методом генерации третьей гармоники установлено, что коэффициент нелинейности γ для мультиферроика второго рода CuO вблизи фазового

ч

переходаимеет тот же порядок, что для классических сегне­

тоэлектрических кристаллов типа BaT1O3.

Методология и методы исследования. Для выполнения исследования производился целенаправленный поиск и отбор материалов: бинарные сегне­тоэлектрические смеси, проводящие сегнетоэлектрические композиты, нано­композиты, композиты на основе мультиферроиков и сегнетоэлектриков. В работе были использованы методы линейной и нелинейной диэлектрической спектроскопии. Для контроля параметров и качества образцов использова­лись оптическая микроскопия, электронная растровая микроскопия и рентге­ноструктурный анализ.

Основные положения, выносимые на защиту

магнитоэлектрическое взаимодействие приводит к сложению электриче­ской и магнитной нелинейностей, что проявляется в увеличении ампли-

5

туды высших гармоник по сравнению с сегнетоэлектриками с теми же значениями спонтанной поляризации и диэлектрической проницаемости.

5. Для мультиферроика BiFeO₃иминимум

коэффициента нелинейностиγ _3ωсоответствует температуре антиферро­магнитного фазового перехода.

Достоверность полученных результатов и обоснованность выводов определяется комплексным использованием современных эксперименталь­ных методов, включая линейную и нелинейную диэлектрическую спектро­скопию, рентгеноструктурный анализ, электронную растровую микроско­пию, воспроизводимостью полученных результатов и соответствием их су­ществующим теоретическим представлениям.

Практическая значимость. Результаты работы представляют несо­мненный интерес и могут найти практическое применение при конструиро­вании электронных устройств с использованием композитов на основе сегне­тоэлектриков и мультиферроиков. Использование сегнетоэлектриков в мно­гослойных структурах, например, в контакте с полупроводниками, значи­тельно расширяет их функциональные возможности, так как параметры та­ких структур могут изменяться при воздействии на них электрического ПОЛЯ. К таким устройствам можно отнести управляемые конденсаторы, сегнето­электрические полевые транзисторы, сегнетоэлектрические туннельные дио­ды, различные микродатчики и сенсоры.

Значимость результатов, полученных в диссертации, состоит в том, что они уточняют и расширяют представления о применимости метода НДС для исследования композитов и нанокомпозитов на основе сегнетоэлектриков и мультиферроиков, что является важным как в общефизическом плане, так и в плане конкретных приложений.

Полученные результаты могут быть использованы в учебном процессе при чтении лекций и проведении практических занятий, по темам, связанным с изучением влияния размерных эффектов на физические свойства наност- руктурированных материалов.

Апробация работы. Основные результаты работы докладывались и обсуждались на следующих конференциях: XII, XIII Международной конфе­ренции «Физика диэлектриков» (г.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 19 печатных работ, в том числе: 7 статей в ведущих рецензируемых научных изданиях, входящих в перечень ВАК РФ, 3 свидетельства о государственной регистрации про­граммы для ЭВМ, 9 статей в сборниках материалов международных, всерос­сийских и региональных конференций.

Личный вклад автора. Основные результаты получены автором само­стоятельно, либо при его непосредственном участии. Автор принимал актив­ное участие в планировании и проведении экспериментов, подготовке к пуб­ликации статей и тезисов докладов на конференциях, обсуждении результа­тов исследований, проведенных в соавторстве.

Структура диссертации. Диссертация состоит из введения, трёх глав и заключения, включает 1 таблицу, 50 рисунков и библиографию из 233 на­именования. Общий объём 131 страниц текста.

В первой главе «Нелинейная поляризация» приведен краткий обзор существующих в настоящее время теоретических подходов к описанию структурных фазовых переходов в сегнетоэлектриках и методов их исследо­вания. Обсуждаются причины, приводящие к нелинейности диэлектрическо­го отклика в сегнетоэлектриках. Рассматриваются диэлектрическая нелиней­ность неоднородных сегнетоэлектрических материалов и теоретические под- 7

ходы к описанию сегнетоэлектрических композитов. Приводится обзор экс­периментальных данных разных авторов по исследованию классических сег­нетоэлектриков, композитов и нанокомпозитов методом генерации высших гармоник.

Во второй главе «Методики исследования и приготовления образцов» рассмотрены основные характеристики образцов и применяемые в работе методы исследования.

В третьей главе «Исследование неоднородных сегнетоэлектрических материалов методом НДС» приводятся результаты автора по исследованию нелинейных диэлектрических свойств неклассических сегнетоэлектрических материалов: бинарных смесей (KNO₃)_bx(NH₄NO₃)_x; проводящих сегнето­электрических композитов (KH2PO4)1._x∕(Pbo.95Geo.o5Te)_x; сегнетоэлектри­ческих нанокомпозитов на основе силикатных матриц SBA-15∕NH₄HSO₄ и пористых пленок оксида алюминия AI2O₃∕SC(NH2)2; композитов на основе мультиферроиков и сегнетоэлектриков: (CuO)_bx∕(BaTiO₃)_xи (BiFeO₃)μ_x∕(BaTiO₃)_x.