Изучено влияние частичного замещения сульфатной и глициновой групп в TGS соответственно группами [PO4]3– и L-валином (кристаллы LVTGSP), выращенных в сегнетоэлектрической (t=32 °С) и параэлектрической (t=53 °С) фазах, на процессы импульсной переполяризации структуры этих кристаллов

Снисарь, С.В.

Януть, Виктор Иосифович

Belarusian State Pedagogical University Repository

Ф'Ш1,mmmiKi,i« фарматык!РЕПОЗИТОРИЙ БГПУЭКСПЕРЫМЕНТАЛЬНАЯ I ТЭАРЭТЫЧНАЯ Ф131КА 15Е = _e*® („ + i / 2) + £  , (П = О, 1, 2, ... ) .т  2 тВ заключение приведем выражения для коэффициентов См и См:См = 2^/И-п) у , См = 2 J ( M - n - \ )  у .Аналогичным образом может быть осуществлено решение задачи о движении релятивистского (безспинового и спинового) электронов в однородном и постоян­ном магнитном поле.С. В. Снисарь, В. И. Януть ПРОЦЕССЫ ПЕРЕПОЛЯРИЗАЦИИ В КРИСТАЛЛАХ LVTGSPДля стабилизации доменной структуры триглицинсульфата (TGS), что пред­определяет его практическое использование, как было показано в [1], необходима его структурная модификация в процессе выращивания. Наиболее перспективным в этом направлении является путь частичного структурного замещения сульфат­ной (S04) или глициновой (NH2CH2COOH) групп в TGS изоморфными им образова­ниями. Это сказывается на изменении как микроскопических так и макроскопиче­ских переполяризационных параметров кристаллов. Типичным модификатором глициновой группы является L-a аланин (кристаллы LATGS), введение которого в ячейку TGS стабилизирует структуру кристалла [2], а при большой степени заме- щенности практически подавляет ее динамику. Среди нескольких модификаторов сульфатной группы наибольшее влияние на изменение макроскопических свойств оказывает группа [POJ3" — кислотный остаток ортофосфорной кислоты. Как пока­зали исследования [3], одновременное введение в ячейку кристалла TGS L-a ала­нина и группы [Р04] приводит к улучшению пироэлектрических параметров и рас­ширяет область их температурной стабилизации. Однако переключательные ха­рактеристики таких кристаллов заметно ухудшаются, что делает проблематичным их использование в нелинейно-оптических устройствах и приборах СВЧ-диапазона. Поэтому был предложен иной модификатор глициновой группы -  L-валин (крис­таллы LVTGS), введение которого в решетку TGS значительно активизирует процессы переключения его структуры не ухудшая при этом пироэлектрических свойсв [4].Цель исследования —  изучение влияния частичного замещения сульфатной и глициновой групп в TGS соответственно группами [POJ3* и L-валином (кристаллы LVTGSP), выращенных в сегнетоэлектрической (t = 32е С) и параэлектрической (t = 53р С) фазах, на процессы импульсной переполяризации структуры этих кристал­лов. Так как известные методики изучения процессов переполяризации основаны на использовании полей, изменяющихся по гармоническому закону, когда скорость изменения поля сравнима со скоростями отклика структуры кристалла, позволяют определять лишь интегральные параметры процессов переориентации структуры, нами был выбран метод, предложенный Мерцем [5]. Суть метода заключается вРЕПОЗИТОРИЙ БГПУ16 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ IТЭАРЭТЫЧНАЯ Ф131КАтом, что на образец кристалла подается последовательность биполярных прямо­угольных импульсов электрического поля (рис. 1а). Фронт нарастания этих импуль­сов во много раз меньше времени протекания процессов, связанных с зарождени­ем и последующей динамикой доменной структуры кристалла. Это позволяет в рамках модели Мерца судить о процессах зародышеобразования доменов и дви­жения их стенок до полной монодоменизации кристалла. При снятии поля наблю­дается обратный процесс — деполяризация. Таким образом, откликом на подачу и снятие электрического поля являются импульсы тока поляризации (импульсы 1, 3; рис. 16) и деполяризации (импульсы 2, 4; рис. 16), возникающие в последователь­ной кристаллу омической цепи. По параметрам импульсов тока судят о процессах образования микродоменов (кластеров) поляризации (время t\ рис. 1в) и их про­растания через кристалл (время f  \ рис. 1в) до его монодоменизации. Относитель­ная величина тока поляризации и деполяризации показывает устойчивость поля­ризованного состояния кристалла. По разности амплитуд импульсов 1 и 3 опреде­ляют наличие и значение внутренних полей смещения (статическую униполяр­ность). Изменяя полярность первого поляризующего импульса напряжения, пода­ваемого на кристалл, можно исследовать его динамическую униполярность.Исследования проведены на установке, описанной в работе [6] и усовер­шенствованной для измерений в области слабых полей. Измерение параметров импульсной переполяризации проведено в полях напряженностью 0... 6 кВ/см. Возможности установки позволили варьировать длительность импульсов напряже­ния, подаваемого на кристалл, в пределах от 10 мкс до 100 мс. Измерения про­ведены при длительности импульсов 10 мс, что во много раз больше полного вре­мени переполяризации (ts).Проведенные исследования показали, что как пороговое поле начала пере- поляризации (зарождение “классического" импульса тока переключения), так и все изученные характеристики исследуемых кристаллов, в значительной степени опре­деляются температурой их выращивания. Так, пороговое поле кристаллов LVTGSP, выращенных при tp = 35е С, составляет Еп = 0,7 кВ/см, а выращенных при tp = 53р С Еп = 0,6 кВ/см. Это сопоставимо с аналогичными значениями для «чисто­го» TGS и значительно меньше, чем для TGSP.Сравнительный анализ осциллограмм импульсов тока переполяризации крис­таллов TGS, TGSF и LVTGSP показал, что в отличие от TGS, для TGSP эти им­пульсы асимметричны в широком интервале полей, что свидетельствует о статиче- скЬй.униполярности этих кристаллов. Униполярность кристаллов LVTGSP, выра­щенных в сегнетофазе, проявляется лишь на начальной стадии переключения (в слабых полях). При выращивании этих кристаллов в параэлектрической фазе ихtРис.1. Форма импульсов напряже­ния (а), импульса тока переполя­ризации (б) и классического им­пульса (в)РЕПОЗИТОРИЙ БГПУЭКСПЕРЫМЕНТАЛЬНАЯ I ТЭАРЭТЫЧНАЯ Ф131КА 17униполярность проявляется незначительно и лишь при первом включении образ­ца. При последующих полевых воздействиях на кристалл асимметрия импульсов тока не проявляется.Характерным для кристаллов LVTGSP, в отличие от TGS и TGSP является то, что по мере увеличения поля, подаваемого на кристалл, происходит уменьшение полного времени переполяризации t; не за счет времени f  \ а за ОЧет уменьшения времени нарастания импульса t', что отражается на полевых зависимостях крите­рия симметрии m = t'/f '(E ). Значительное уменьшение времени f  кристаллов LVTGSP по сравнению с TGS и TGSP свидетельствует о положительном влиянии L-валина на процесс зародышеобразования доменной структуры в процессе пере­поляризации.Эволюция формы импульсов тока переполяризации кристаллов LVTGSP по мере увеличения напряженности электрического поля свидетельствует о том, что в этот процесс включаются дополнительные механизмы. На это указывают до- полнительные^а&имумы на фронте Й&растания импульса .Качественное1совпадение графических зависимостей 1/ts(E) и 3(E) показавает, что интерпретация процессов переполяризации исследованых кристаллов может быть дана б^Шка^модели Мерца [5].Результаты проведенных исследований, в сопоставлении с ранее опублико­ванными дё#&Ш 7: позволяют судить о некоторых механизмах влияний выше­указанных модификаторов на процессы возникновения униполярности кристаллов и изменения их переполяризационных характеристик.Так как, согласно исследованиям [7], ион [Р04]3' обладает сферической сим­метрией распределения электронной плотности, то наличие значительной стати­ческой униполярности кристаллов TGSP можно объяснить лишь его дефор­мационным влиянием на переключательные возможности сульфат-ионов [8}v 'Оче­видно, что при выращивании кристаллов в сегнетоэлектрической фазе, когда про­цесс образования кристаллической структуры происходит в поле спонтанной поля­ризации, деформационное влияние ионов [Р04]3' на группы сульфат-ионов опре­деляется ориентирующим действием этого поля. Иными словами, причиной воз­никновения статической униполярности кристаллов TGSP, а также LVTGSP при вы­ращивании их в сегнетофазе, является деформационное воздействие на сульфат- ионы фупп [POJ3* . Это подтверждается данными о влиянии степени замещеннос- ти группы [S04] Фуппой [Р04]3' в TGS на внутренние поля смещения в зависи­мости от температуры выращивания кристаллов TGSP. Уменьшение статической униполярности LVTGSP по сравнению с TGSP, очевидно, происходит из-за конку­рирующего действия L-валина. Следует предположить, что молекула L-валина, как и молекула L-аланина [2], замещая одну из групп глицина в ячейке TGS, оказывает стабилизирующее воздействие на переключаемые части соседних молекул.Однако, механизм этого воздействия, очевидно, иной. Если структура L-ала­нина такова, что его молекулы при внедрении в ячейку кристалла стабилизируют переключаемые части NH3 молекул глицина практически независимо от температу­ры выращивания, то действие молекул L-валина зависит от температуры роста кристалла. Можно предположить, что в кристаллах, выращенных в сегнетоэлекгри-РЕПОЗИТОРИЙ БГПУ

Процессы переполяризации в кристаллах LVTGSP

Abstract

Similar works

Full text

Available Versions

Belarusian State Pedagogical University Repository