Piezoelectric resonance in Rochelle salt: the contribution of diagonal strains

Within the framework of two-sublattice Mitsui model with taking into account the shear strain $\varepsilon_4$ and the diagonal strains $\varepsilon_2$ and $\varepsilon_3$, a dynamic dielectric response of Rochelle salt X-cuts is considered. Experimentally observed phenomena of crystal clamping by high frequency electric field, piezoelectric resonance and microwave dispersion are described. It is shown that the lowest resonant frequency is always associated with the $\varepsilon_4$ shear modeComment: 17 pages, 6 figure

The influence of hydrostatic pressure on DADP-type antiferroelectrics

We study the effects of hydrostatic pressures on deuterated ND₄D₂PO₄ type antiferroelectric crystals. Within the four-particle cluster approximation the free energy of the crystals is calculated, and an equation for the transition temperature and explicit expressions for static dielectric permittivities of the crystals are derived. Model pressure dependences of the effective dipole moments of unit cells are proposed. Some peculiarities of the dipole moment formation in these hydrogen bonded crystals are elucidated. In particular, we show the importance of mutual polarization of the dipole moments. The theory parameters providing a satisfactory description of the experimental data for pressure dependences of transition temperature and dielectric characteristics of the considered crystals are found.В роботі досліджується вплив гідростатичного тиску на дейтеровані антисегнетоелектричні кристали типу ND₄D₂PO₄ . В наближенні чотиричастинкового кластера розраховано вільну енергію системи, отримано рівняння для температури фазового переходу, а також явні вирази для статичних діелектричних проникливостей кристалів. Запропоновано модельні баричні залежності ефективних дипольних моментів елементарних комірок. З’ясовано деякі особливості утворення дипольного моменту в кристалах з водневими зв’язками цього типу. Зокрема, показано важливість процесів взаємної поляризації диполів. Знайдено набір параметрів теорії, який забезпечує задовільний кількісний опис експериментальних даних для залежностей від тиску температури переходу й діелектричних характеристик кристалів, що розглядаються

Pressure effect upon the dielectric response of KDP family crystals

Within the four-particle cluster approximation for the proton ordering model, we study the effects of external pressures (which do not lower the crystals' symmetry) upon static and dynamic dielectric properties of deuterated ferroelectrics and antiferroelectrics of KH₂PO₄ family. The theory provides a satisfactory description of the available experimental data. The importance of the pressure induced changes in the D-site distance in the dielectric response of the hydrogen bonded crystals is shown.В наближенні чотиричастинкового кластера для моделі протонного впорядкування досліджуються ефекти, викликані впливом зовнішніх тисків, що не понижують симетрії кристалів, на статичні і динамічні діелектричні властивості дейтерованих сегнетоелектриків і антисегнетоелектриків сім’ї KH₂PO₄. Теорія забезпечує задовільний опис наявних експериментальних даних. Показано важливість індукованої тиском зміни віддалі між можливими положеннями дейтрона на зв’язку у діелектричному відгуку кристалів з водневими зв’язками

Transition temperature in KDP type crystals under external pressures. Role of H-bond geometry

Within the four-particle cluster approximation for the proton ordering model, we study effects of external pressures which do not lower the symmetry of crystals on deuterated ferroelectrics and antiferroelectrics of KH₂PO₄ family. We show that the universality of the transition temperature vs D- site distance dependence observed experimentally in some of the crystals deformed by hydrostatic pressure is also obeyed by the other crystals of the family as well as under the uniaxial pressure p = −σ₃.У наближенні чотиричастинкового кластера для моделі протонного впорядкування досліджуються ефекти, викликані зовнішніми тисками, що не понижують симетрії кристалів, на дейтеровані сегнетоелектрики і антисегнетоелектрики сім’ї KH₂PO₄. Показано, що експериментально виявлена для деяких з цих кристалів, деформованих гідростатичним тиском, універсальна залежність температур переходу від віддалі між можливими положеннями дейтрона на зв’язку, поширюється також і на інші кристали цієї сім’ї, що можуть бути деформовані і одновісним тиском

Longitudinal dielectric relaxation in KD₂PO₄ under hydrostatic pressure

Within the model proposed earlier, we study the effect of hydrostatic pressure on relaxational dynamics of deuterated KD₂PO₄ type ferroelectrics. Within the four particle approximation for deuteron ordering model and using the Glauber approach, we calculate the longitudinal dynamic dielectric permittivity of the strained crystal. Possible pressure dependences of the permittivity and relaxation times are discussedВ рамках запропонованої моделі досліджено вплив гідростатичного тиску на релаксаційну динаміку дейтерованих сегнетоелектриків типу KD₂PO₄. В наближенні чотиричастинкового кластера для моделі протонного впорядкування, в глауберівському підході розраховано поздовжню діелектричну динамічну проникність деформованого кристалу. Обговорюються можливі баричні залежності проникності та часів релаксації

Isotopic effects in partially deuterated piezoelectric crystals of Rochelle salt

We develop a theory for dielectric, piezoelectric, and elastic properties of partially deuterated (quenched disorder) crystals of Rochelle salt with taking into account the piezoelectric coupling. Results of numerical calculations are presented for a completely deuterated Rochelle salt and compared with available experimental data. Isotopic effect is explored within the mean crystal approximation, as well as within the developed theory using different trial sets of the fitting parameters. Theory predictions are given for the temperature and composition dependences of the calculated characteristics for partially deuterated crystals.Запропоновано теорію діелектричних, п’єзоелектричних і пружних властивостей частково дейтерованих (нерівноважний безлад з повним сортовим хаосом) кристалів сегнетової солі з врахуванням п’єзоелектричних взаємодій. Представлені результати числових розрахунків для повністю дейтерованої сегнетової солі порівнюються з наявними експериментальними даними. Ізотопічний ефект чисельно досліджується в наближенні середнього кристалу та в рамках запропонованої теорії при різних пробних значеннях параметрів моделі. Наведені передбачені теорією для частково дейтерованих систем залежності розрахованих характеристик від температури та рівня дейтерування

Role of piezoelectricity in dielectric response of Rochelle salt type crystals

Comparing the spontaneous polarizations, static and dynamic dielectric properties of piezoelectric Rochelle salt and non-piezoelectric RbHSO₄ we explore the role played by piezoelectric coupling in forming the dielectric response of the crystals of this type. The calculations for crystals of both types are performed within the Mitsui model, modified for the case of Rochelle salt by including the terms related to piezoelectric coupling with spontaneous strain ε₄. It is shown that such a modification improves the agreement between theory and experiment for spontaneous polarization and yields a correct temperature behavior of relaxation times and dynamic dielectric permittivity of Rochelle salt in the vicinity of the transition points.Шляхом порівняння поведінки спонтанної поляризації та статичних і динамічних діелектричних характеристик п’єзоактивного кристалу сегнетової солі та неп’єзоелектричного RbHSO₄ вивчається роль п’єзоелектричної взаємодії у діелектричному відгуку кристалів цього типу. Розрахунки для обидвох кристалів проводяться в рамках моделі Міцуї, модифікованої для випадку сегнетової солі шляхом врахування доданків, пов’язаних з п’єзоелектричною взаємодією зі спонтанною деформацією ε₄. Показано, що така модифікація моделі покращує узгодження між теорією та експериментом для спонтанної поляризації та забезпечує правильну температурну поведінку часів релаксації та динамічної діелектричної проникності сегнетової солі в околі точок переход

Longitudinal relaxation of ND₄D₂PO₄ type antiferroelectrics. Piezoelectric resonance and sound attenuation

Within the framework of the modi ed proton model with taking into account the interaction with the shear strain ε6, a dynamic dielectric response of ND₄D₂PO₄ type antiferroelectrics is considered. Dynamics of the piezoelectric strain is taken into account. Experimentally observed phenomena of crystal clamping by high frequency electric field, piezoelectric resonance and microwave dispersion are described. Ultrasound velocity and attenuation are calculated. Character of behaviour of attenuation in the paraelectric phase and the existence of a cut-off frequency in the frequency dependence of attenuation are predicted. At the proper choice of the parameters, a good quantitative description of experimental data for longitudinal static dielectric, piezoelectric and elastic characteristics and sound velocity for ND₄D₂PO₄ and NH₄H₂PO₄ is obtained in the paraelectric phase.В рамках модифiкованої протонної моделi з врахуванням взаємодiї зi зсувною деформацiєю ε₆ розглянуто динамiчний дiелектричний вiдгук антисегнетоелектрикiв типу ND₄D₂PO₄. Враховано динамiку п’єзоелектричної деформацiї. Явно описано явища затискання кристалу високочастотним електричним полем, п’єзоелектричного резонансу i НВЧ дисперсiї, що спостерiгаються на експериментi. Розраховано швидкiсть та коефiцiєнт поглинання звуку. Передбачено характер поведiнки коефiцiєнта поглинання в парафазi та наявнiсть обрiзаючої частоти у частотнiй залежностi коефiцiєнта поглинання звуку. При належному виборi мiкропараметрiв в параелектричнiй фазi отримано добрий кiлькiсний опис експериментальних даних для поздовжнiх статичних дiелектричних, п’єзоелектричних i пружних характеристик та швидкостi звуку для ND₄D₂PO₄ i NH₄H₂PO₄