Введение к работе
Актуальность темы. Известно, что виртуальные сегнетоэлектрики, такие как КТаОз, БгТіОз и другие, имеющие даже весьма малые концентрации дипольных примесей (например, КТаОз: Li, SrTiCb: Са), проявляют необычные свойства, похожие на те, которые появляются в кристаллах при сегнетоэлектрнческих фазовых переходах. Имея в виду возможность управления свойствами материала путем малых изменений концентрации микроскопических примесей, чрезвычайно важно разобраться в природе наблюдаемых явлений.
Актуально также и общее развитие теории микроскопических примесей. Для проверки тех или иных воззрений важно иметь точные аналитические результаты или данные первопринципных расчетов. Обсуждаемые в диссертации явления объясняются большими локальными полями, создаваемыми микроскопическими примесями в виртуальных сегнетоэлектриках. Теория локальных полей (теория Слэтера) развивалась раньше для идеальных кристаллов. Физика кристалла с точечным дефектом описывается более сложной теорией. Актуальность разработок в этом направлении определяется как внутренними потребностями теории, так и необходимостью объяснить наблюдаемые явления.
Теория Слэтера нуждается в уточнении также вследствие того, что в ней не вполне учтены ковалентные эффекты. Актуальность их учета определяется уже тем, что все оксиды семейства перовскита относятся к кристаллам с промежуточным, ионно-ковалентным характером химической связи.
Целью данной работы является разработка метода расчета энергии парного взаимодействия микроскопических примесей в оксидах семейства перовскита (ОСП); выявление качественных особенностей локальных полей и микроскопических дипольных примесей в этих кристаллах; проведение расчетов энергии взаимодействия дефектов в узлах ячеек КТаОз, ЬагСиО), УВа2СизОб, взаимодействия нецентральных примесей Li в КТаОз; разработка метода учета ковалентного вклада в электронную поляризацию ОСП.
Научные положения, выносимые на защиту
-
Энергию взаимодействия двух удаленных микроскопических примесей в сложных ионных кристаллах с орторомбической, тетрагональной или кубической симметрией можно представить с помощью формулы Кулона, в которой действительный дипольный момент примеси должен быть заменен на эффективный диполь-ный момент, определяемый величиной локального поля. Энергии взаимодействия дипольных примесей в КТа03, La2Cu04 и УВагСизОб оказываются сильно увеличенными по сравнению с энергией, которую можно получить в континуальном приближении. При смещениях примесей из узлов решетки, сравнимых с периодом решетки, эффективный дипольный момент определяется не локальными полями на примеси, а локальными потенциалами на положительно и отрицательно заряженных узлах дефекта.
-
Модель Слэтера для расчета поляризации ионного кристалла может быть улучшена путем учета отличия реальных диполей от точечных и учета ковалентных эффектов. При увеличении длины диполя коэффициенты матрицы Лоренца уменьшаются. Учет ковалентности ведет к усилению локальных полей на Ті в кристалле БгТЮз, находящемся в однородном внешнем электрическом поле.
Научная новизна
Все положения диссертации и выводы являются оригинальными. Полученные в диссертации результаты опубликованы в ведущих международных журналах по теме работы и доложены на доступных совещаниях.
Научная и практическая ценность
Полученные во второй главе новые математические формулы позволяют получать значения энергии взаимодействия микроскопических примесей в ионных кристаллах с полным учетом отличия локального поля от среднего. В четвертой главе выведены новые уравнения, которые дают возможность рассчитывать поляризацию кристалла во внешних полях с учетом ковалентных эффектов и эффектов локального поля.
Использование ЭВМ. При выполнении диссертационной работы широко использовались численные расчеты на ЭВМ. Для проведения этих расчетов автором составлены и отлажены:
комплекс программ для расчета энергии парного взаимодействия точечных зарядов и микроскопических диполей в кристаллах с орторомбической симметрией и сложными ячейками в приближении точечио-поляризуемых ионов;
программа для расчета энергии парного взаимодействия нецентральных примесей лития в танталате калия;
комплекс программ для расчета локальных полей и поляризации с учетом эффектов локального поля.
Кроме того, при выполнении работы использовались составленные на кафедре теоретической и вычислительной физики РГУ программы расчета некоторых специальных функций и также обращения матриц большого размера.
Апробация работы. Материал, изложенный в диссертации докладывался на "Летней школе института теоретической физики имЛандау", Черноголовка, июль 1994.,конференции полупроводники-сегнетоэлектрики, Ростов-на-Дону сентябрь 1996.
Публикации и вклад автора. Основные результаты диссертации опубликованы в 6 печатных работах, написанных в соавторстве. Автор диссертации внес основной вклад в разработку модели взаимодействия точечных примесей в кристаллах с орторомбической симметрией и сложной ячейкой, самостоятельно получил все расчетные данные, внес значительный вклад в обсуждение результатов, сформулировал выводы и положения работы.
Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, 4-х глав и заключения, содержит 108 страниц, 9 рисунков, 8 таблиц, приложения, библиографический список из 113 наименований.
Вывод расчетных формул проводится в системе СГС.