Введение к работе
Актуальность. Изучение фазовых переходов (ФП), доменной структуры и двойникования является важным разделом физики сегнетоэлектрических' (СЭ) явлений.
В исследованиях двойникования и доменной структуры объем экспериментальных исследований до середины 70-х годов значительно превосходил объем теоретических исследований. В начале 70-х годов появилась серия работ Фоусека, Яновца, Саприэля (см., например, [1,2]), в которых авторы предложили очень удачный и простой в применении геометрический критерий, согласно которому, располагая данными о параметрах примитивной ячейки кристалла и задавая ориентацию двух граничащих между собой доменов или компонент двойника можно определить ориентацию плоской доменной (двойниковой) границы соответствующей минимуму упругой энергии. Идея оказалась правильной и очень плодотворной. Она позволила провести
КЛЯС{*И{ІїНКЯЇТИІЛ и VCT3НЯНЛиНЯТТ1» аИЯ-ЛИТИЧЄСКИМ TTVTfiM ҐЮИЄНТЯЇ1ИЮ ТТВГїЙНИКСїВ /jTf\»jr*»t*f4o) и T(*M ҐіЯМЇіІМ ПЯТЬ ТОЯКТҐЇДКЛ/ МНОГОЧИСЛЕННЫМ ОР'ЧУЛЪТЯТЭМ "ЭКСПСПИ--І^ЖІТЯ TTI*WTJY If/4/4 7Т#*ТїЛЯЯtiXtM Ї*ПЛ\#/* TfWVl Л/^НПЯЙUlTflfl НЯ ^ТҐЇМ іічр/і ТРАТШО TTTl^TT—-
сказывала новые типы двойников, в частности, двойники
температуры ппи**нтяпией двойниспилй гтницы S-тиїтя (по трпмішолптсти Фо-
но.
Идеи Фоусека, Яновца, Саприэля были развиты в работах Метра, Тополева и др. [3-5) и применены к ФП 1-го рода и двойниковым областям в сложносдвойникованных кристаллах.
Таким образом, в настоящее время экспериментальные и теоретические исследования межфазиых, доменных и двойниковых границ могут быть проведены на новом научном уровне при помощи простого и действенного теоретического метода, позволяющего трактовать имеющиеся экспериментальные результаты, предсказывать новые и классифицировать случаи, не укладывающиеся в рамки вышеуказанного критерия [1-4]. Именно возможностью ;:ро
водить исследования на качественно новом научном уровне н определяется актуальность настоящей работы.
Обккт исспецояария. В качестве объекта исследования в настоящей работе выбран классический антисегаетоэлектрик (АСЭ) цирконат свинца (ЦС) PbZr03. Интерес к нему вызван наличием АСЭ, СЭ и параэлектрической (ПЭ) фаз в отсутствие внешних воздействий и двух СЭ фаз, стабильных в сверхсильном электрическом поле, а также имеющимися в литературе результатами кристаллооптических исследований различных фаз ЦС и данными по величинам параметров решетки ЦС вблизи ФП 1-го рода. Наличие большого числа фаз различной природы со сложной доменной (двойниковой) структурой предопределяют круг вопросов, связанных с ролью данных фаз в формировании и перестройке двойниковой (доменной) структуры в широком интервале температур и напряженности электрического поля, которые до настоящего временя остаются не исследованными. Однако совместные кристал-лооптическое и кристаллографическое исследования ФП и закономерностей возникновения и перестройки двойниковой структуры до настоящего времени не проводилось.
Цель диссертации состоит в исследовании ФП в кристаллах ЦС при изменении температуры и действии сверхсильного электрического поля, а также в изучении двойяикования возникающих фаз и закономерностей перестройки двойниковой (доменной) структуры при ФП кристаллооптическими и кристаллографическими методами.
Методы исследования. Экспериментальные исследования базировались на методиках, развитых в монографии I6J, а для кристаллографического описания экспериментальных результатов использовались методы, изложенные в работах [4,51-
Основные положен, вносимые на защиту:
1. В ромбической АСЭ фазе Pbam слохносдвойникованных кристаллов PbZr03 наряду с распространенными 90 -ными и 60 -ными границами вдоль плоскостей (100) и (ПО) псевдокубической ячейки встречаются двойниковые границы со следующими кристаллографическими характеристиками:
-60 -ные границы S-типа, ориентация я(11/) которых арактичесхи не изменаетса с температурой Т в области стабильности АСЭ фазы; причины постоянства МТ) объясняются отсутствием температурной зависимости параметров ячейки а<Т)и слабой зависимостью си{Т); по имеющимся экспериментальным данным а(Т), Ь(Т> уточнена температурная зависимость а)(Т);
-90 -ная зигзагообразная граница в кристаллах ЦС с симметричным погасанием и два типа 60 -ных зигзагообразных границ в кристаллах с параллельным и смешанным погасаниамя:
90-ная граница в кристаллах с параллельным погасанием, трактуемая как промежуточная между плоской и зигзагообразной границами.
-
Доменные (двойниковые) границы S-тшта в ромбоэдрической СЭ фазе R3m кристаллов PЬ2гОз . близкие по ориентации к плоскостям (hhO пе-ровсквтовой ячейки с lhl« 1/1, связаны с наличием двух 180 -иых и одного 109 -него типа доменов при условии относительно малой объемной концентрации последнего по сравнению с предшествующими.
-
Диаграмма двойниковых состояний межфазных границ (МФГ), соответствующая ФП РтЗт -*- R3m в пластинчатых кристаллах PbZr03 , содержит области существованиа плоских и конических поверхностей - МФГ, кристаллографические характеристики которых связаны с формирующейся доменной структурой фазы R3m.
-
Закономерности формирования и перестройки сложной двойниковой структуры в пластинчатых кристаллах PbZr03 , испытывающих ФП 1-го рода как под влиянием скалярного (температура, РтЗшії КЗш^Г Pbam), так и векторного (электрическое поле, Pbam ^Г Cm2m, Pbam ^ї: R3m) воздействий, обусловлены, главным образом, упругим взаимодействием соответствующих двойниковых областей.
Лостоверность и обоснованность научных положений и выполов диссертации определяется хорошей корреляцией ряда полученных в работе теоретических и экспериментальных результатов, а также согласованием некоторых экспериментальных данных с известными литературными.
Апробация результатов. Основные результаты работы докладывались на VII Европейском совещании по сегнетоэлектричеству (г. Дижоя, Франция,
1991 г.); на V Всесоюзной школе-семинаре по физике сегаетоэлектриков (г. Ужгород, Украина, 1991 г.); XIV Европейской кристаллографической конференции (Энсхеде, Нидерланды, 1992 г.).
Пуйлииипш. По материалам диссертации опубликовано пять статей и тезисы шести докладов.
Научная новизна. Впервые проведены совместные исследования кристал-лооптическим и кристаллографическим методами сложвосдвойникованных кристаллов ЦС и ФП в них, в том числе - в сверхсильных электрических полах.
Теоретическая аначимость и практическая ценность результатов. Пол-ученные в работе результаты по исследованию сложносдвойиикованвых кри-сталов ЦС дополняют известные экспериментальные и теоретические данные по сосуществованию различных фаз и двойниковой (доменной) структуре. Они необходимы для развития теории ФП и для понимания общих закономерностей формирования реальной доменной структуры в сегнето- и антисег-нетозлектрических кристаллах. Представленные в работе методы определения ориентации двойниковых и мехфазных границ, опирающиеся на работы [4,5], носят общий характер, не зависят от природы структурных ФП, и, в связи с этим, могут быть использованы при описании различных гетерофаз-ных систем, возникающих при ФП в твердых телах.
Использование ЭВМ. При выполнении настоящей работы использовались микро-ЭВМ "Электроника ДВК-3", микрокалькулятор "Casio-fx-ЮОС", алгоритмические языки ПАСКАЛЬ и БЭЙСИК.
Личный вклад автора. Все основные результаты диссертации получены лично автором. Автор непосредственно участвовал в планировании и проведения экспериментальных и теоретических исследований. Соавторами публикаций являются Фесенко О.Е., Балюнис Л.В., Тополов В.Ю.,Турик А.В., Еремкин В.В.
Тема диссертационной работы была предложена Фесенко О.Е. Он же осуществлял научное руководство, участвовал в обсуждении и интерпретировании полученных результатов. Балюнис Л.Е. осуществляла руководство экспериментальными исследованиями. Тополов В.Ю. принимал участие в
постановке задач по хрисгаллотрафичесхому исследованию ФП и двойниковой (доменкой) структуры и осуществлял руководство теоретическими расчетами. Турик Л.В. принимал участие в обсухдении научных результатов. Еремкин В.В. выполнял экспериментальную работу по определению температурной зависимости параметров ячейкя ЦС рентгеноструктуряыми методами.
Объем я сгруктура работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав
и заключения, содержит страницы машинописного текста, б таблиц, 42
рисунка, библиографию, насчитывающую 157 наименований.