С Свелеба, І Куньо, І Катеринчук - Двозаломлювальні і діелектричні властивості кристалів [nch34bcucl4 у вихідній фазі - страница 1

Страницы:
1  2 

ВІСНИК ЛЬВІВ. УН-ТУ

Серія фіз. 2009. Bun. 44. С. 99-104

VISNYKLVIV UNIV. Ser. Physics. 2009. Is. 44. P. 99-104

УДК 537.94

PACS number(s): 78.20.Fm, 77.22.Ch.

ДВОЗАЛОМЛЮВАЛЬНІ І ДІЕЛЕКТРИЧНІ ВЛАСТИВОСТІ КРИСТАЛІВ [N(CH3)4bCuCl4 У ВИХІДНІЙ ФАЗІ

С. Свелеба, І. Куньо, І. Катеринчук, О. Семотюк, І. Карпа, О. Фіцич, Ю. Панківський1

Львівський національний університет ім. І. Франка факультет електроніки, кафедра нелінійної оптики вул. ген. Тарнавського 107, 79017 Львів, Україна e-mail: sveleba@electronics.wups.lviv.ua 1 Національний лісотехнічний університет України , кафедра екології вул. О. Кобилянської 1, 79005 Львів, Україна e-mail: pankivyu@lvivonline.com

Проведено температурні дослідження двозаломлення та діелектричної проникності кристала [N(CH3)4]2CuCl4 у вихідній фазі. Зроблено припущення, що нелінійна поведінка двозаломлення та діелектричної проникності кристала [N(CH3)4]2CuCl4 зумовлена наявністю локальних просторових областей скоре-льованого руху тетраедричних груп CuCl42+.

Ключові слова: двозаломлення, діелектрична проникність, фазові перехо­ди, скорельований рух.

Температурна поведінка фізичних величин у вихідній фазі в околі фазового переходу вихідна-неспівмірна фаза Ti (AT—20K) для кристалів групи А2ВХ4 є нелінійною і обґрунтовується флуктуаційними процесами [1-4]. Зокрема, спостережувану нелінійну з температурою поведінку ширини резонансних ліній Mn2+ у вихідній фазі кристала Rb2ZnCl4, дослідженого методом ЕПР [1], пов'язували з флуктуаціями кута повороту тетраедричних комплексів (ZnCl42+).

Якщо спиратися на класичні праці [5, 6], температурний інтервал існування флуктуації параметра порядку при фазовому переході має становити близько 1 K. Температурний інтервал простежуваних нелінійних залежностей фізичних величин є на порядок більшим (AT = 10-40 K). З метою виявлення температурного інтервала нелінійної температурної поведінки двозаломлення і діелектричної проникності (г'с) та

визначення їх причин появи в роботі проведено температурні дослідження 8 (Anc), і &[

у вихідній фазі в широкому температурному інтервалі для кристала [N(CH3)4]2CuCl4.

Кристали [N(CH3)4]2CuCl4 є модельними об'єктами у дослідженні властивостей неспівмірних фаз. Ці кристали привертають увагу завдяки наявності в них у температурному інтервалі Ti=297 K - Tc=291 K неспівмірної фази [7, 8]. Вихідна фаза має симетрію Pmcn. Фаза II є неспівмірною і характеризується хвильовим вектором

© Свелеба С., Куньо І., Катеринчук І. та ін., 2009

q = (— -8)c *, де c* = — , с - параметр ґратки решітки у вихідній фазі вздовж осі с*,

3 c

5 - параметр неспівмірності. Фаза III (291 - 263 K) є співмірною з q = 3 c * і володіє

сегнетоеластичними властивостями. Фаза IV є сегнетоеластичною.

Кристали вирощувались із водного розчину солей [N(CH3)4]Cl і CuCl2, взятих у стехіометричному співвідношенні за кімнатної температури. З метою забезпечення однієї концентрації неконтрольованих домішок і дефектів дослідження 8(Anc) і г'с

проводили на тому самому зразку кристала. Дослідження двозаломлення проводилось методом Сенармона з модуляцією світлового променя [9]. Температуру вимірювали з точністю ±0,0—K [9]. Діелектричні вимірювання проводились на плоскопаралельних зразках прямокутної форми за допомогою автоматизованої установки. Вимірювання справжньої частини діелектричної проникності г'с і тангенса діелектричних втрат tan (5)

проводились згідно з традиційним методом вимірювання ємності конденсатора. З цією метою використовували багаточастотний L, C, R - метр Hioki 3535.

Вимірювання проводили на низьких частотах і за малої величини вимірюваної змінної напруги £/=0,5 B.

Для проведення температурних досліджень діелектричних властивостей використовувався азотний кріостат з терморегулювальною системою UNIPAN 680. Кристал встановлювали в кріостат і обдували парами азоту. Температуру кристала вимірювали за допомогою мідь-константанової термопари з точністю ~ 0,01 K.

На рис. 1 показано температурні залежності 8 (Anc) для свіжовирізаного зразка. На отриманій залежності в околі T* (T*«321 K) для такого зразка простежується відхилення від лінійної поведінки 8 (Anc). З подальшим охолодженням зразка простежується ріст

нелінійності температурної поведінки 8(Anc) до температури фазового переходу в

неспівмірну фазу (Ti = 297 K).

Температурну залежність діелектричної проникності г'с для свіжовирізаного зразка наведено на рис. 2.

Як і для двозаломлення, так і для діелектричної проникності кристала відхилення від лінійних температурних залежностей 8 (Anc) простежується за тих самих температур (T*~321 K). Ця нелінійна поведінка зберігається аж до температури переходу в неспівмірну фазу. Природа такої нелінійної з температурою поведінки 8(Anc) і г'с може бути зумовлена двома причинами: флуктуаційними процесами чи новим фазовим станом

Фазовий перехід з вихідної у неспівмірну фазу є неперервним фазовим переходом

другого порядку [2, 3]. У неспівмірній фазі спонтанний приріст 8 (An) ~ |х|  , т =

[3]. Це співвідношення слушне лише в класичній області р ~ р0 (Tj - T)   [9, 10].

кристала.

ДВОЗАЛОМЛЮВАЛЬНІІ ДІЕЛЕКТРИЧНІ ВЛАСТИВОСТІ...

5{Д«.)-103

-3,0 [1]-[2]-[3]-[4]-[5]-[6]-[7]-[8]-[9]-[10]-[11]

290 300 310 320 3307[12], К

Рис. 1. Температурна залежність двозаломлення 8(Anc) для свіжовирізаного зразка

кристала [N(CH3)4]2CuCl4 Для  опису   флуктуаційних  процесів  записують   вираз  для термооптичного d (An )

коефіцієнта § =—-—- [3, 10]. Вище і нижче Ti вводяться поправкові флуктуаційні

dT

члени, які вище Ti пов'язані з флуктуацією локального порядку [3]. Якщо якісно даний підхід і описує нелінійну з температурою поведінку фізичних параметрів 8 (An), s'c, Cp,

то кількісне порівняння здійснити важко, це зумовлено значним температурним інтервалом її наявності [10].

4,9-1-1-і-1-і-1-1-1-і-1-1-1-1-1-1-

240     260     280     300     320     340     360   Т, К

Рис. 2. Температурна   поведінка   e'c   для   свіжовирізаного   зразка кристала

[N(CH3)4]2CuCl4

Витримування кристала за постійної температури в цьому температурному інтервалі не супроводжується часовими змінами 8 (Anc), що свідчить про стабільність структури у

цьому інтервалі температур. На користь нового фазового стану в температурному інтервалі T* - Ti свідчать дані дифузного розсіяння у вихідній фазі [7, 10]. Навколо положення (20£) на місці майбутнього рефлекса сателіта у неспівмірній фазі, ще у вихідній фазі простежується значне анізотропне розсіяння [7]. Експерименти з непружного розсіяння нейтронів [7, 10] доводять, що інтенсивність квазіпружного розсіяння у вихідній фазі значно зростає зі зниженням температури до фазового переходу Ti. З рентгеноструктурних досліджень відомо, що тетраедри CuCl42+ у вихідній фазі є майже правильними, а іони [N(CH3)4]-(r[MA) спотворені і для ТМА-2 деформація більша, ніж для ТМА-1. Два стани тетраедричних груп ТМА-1 і ZnCl4 у вихідній фазі пов' язані між собою поворотами навколо осей, які проходять через центри мас і орієнтовані майже вздовж псевдогексагональної осі c. Для ТМА-2 ця вісь розміщена майже вздовж b. У роботі [7] припускалося, що вже у вихідній фазі повороти всіх тетраедричних груп скорельовані. Це припущення базувалося на величині середньоквадратичної амплітуди повороту обох видів іонів ТМА та їх значної анізотропії. Далі від Ti це не так, і повороти сусідніх груп CuCl42+ значною мірою незалежні. Отже в температурному інтервалі T*-T є локальні просторові області скорельованого руху тетраедричних груп, які можливо і визначають нелінійну з температурою поведінку двозаломлення і діелектричної проникності. Тобто в цих локально просторових областях виникає деформація, яка і зумовлює нелінійну з температурою поведінку   8(Anc ). На деформацію тетраедричних груп впливають

дефекти та домішки і їх просторовий розподіл [11]. Підтвердженням цього є зменшення T* для відпаленого зразка, оскільки рухомі домішки типу "сильного пінінгу" [12], згідно з працею [13], зумовлюють зміну енергії активації водню в ТМА, чим викликають різну їх деформацію.

Отже у температурному інтервалі T*-Ti кристали [N(CH3)4]2CuCl4 є у новому фазовому стані, який характеризується існуванням локальних просторових областей скорельованого руху тетраедричних груп.

2. Струков Б.А., ЛеванюкА.П. Физические основы сегнетоэлектрических явлений в кристаллах. 2-е изд., перераб. и доп. М.: Наука, 1995. 302 с.

3. Ivanov N.R., Levanyuk A.P., Minyukov S.A., Kroupa J., Fousek J. The critical temperature dependence of birefringence near the normal-incommensurate phase transition in Rb2ZnBr4 // J. Phys.: Condens. Matter, 1990. Vol. 2. P. 5777-5786.

4. Изюмов Ю.А., Сыромятникова В.М. Фазовые переходы и симметрия кристаллов. М.: Наука, 1984. 248 с.

5. Кривоглаз М.А. Диффузное рассеяние рентгеновских лучей и нейтронов на флуктуационных неоднородностях в неидеальных кристаллах. К.: Наук. думка, 1984. 287 с.

6. Климонтович Ю.Л. Статистическая физика. Москва: Наука, 1982. 609 с.

7. Gesi K., Iizumi M. Neutron diffraction study on the incommensurate phase in [N(CH3)4CuCl4 // J. Phys. Soc. Jpn. 1980. Vol. 48. № 5. P. 1775-1776.

ДВОЗАЛОМЛЮВАЛЬНІ І ДІЕЛЕКТРИЧНІ ВЛАСТИВОСТІ...

8. Cummins H.Z. Experimental Studies of structurally incommensurate crystal phases // Physics Reports, 1990. Vol. 185. № 5,6. P.211-409.

9. Половинко І., Рузак О., Свелеба С. та ін. Автоматизація температурних досліджень приросту оптичного двопроменезаломлення методом Cенармона // Вісн. Львів. ун­ту. Сер. фіз. 2002. Вип. 35. С. 48-53.

10. Александров К.С., Безносиков Б.В. Структурные фазовые переходы в кристаллах (семейство сульфата калия). Новосибирск: ВО «Наука». Сибирская издательская

фирма, 1993. 287 с.

11. Свелеба С.А., Катеринчук І.М., Семотюк О.В., Куньо І.М. Взаємодія модульованої структури з дефектами у кристалах з несумірною фазою // Журн. фіз. дослідж. 2005. Т. 9. №1. С. 334-350.

12. Srolovitz D.J., Eykholt R., Barnett D.M., Hirth J.P. Moving discommensurations interacting with diffusing impurities // Phys. Rev. B. 1987. Vol. 35. N 12. P. 6107-6121.

13. Ae Ran Lim, Pill-Hoon Bong, Se-Young Jeong. Proton NMR study of the effect of paramagnetic impurities in the mixed crystals [N(CH3)4]2Zn1-xCoxCl4 (x=0, 0,1, and 1) and [N(CH3)4]2Zn1-xCuxCl4 (x=0, 0,1, and 1) // Solid State Commun. 2007. Vol. 143.

N 8. P. 432-436.

BIREFRINGENCE AND DIELECTRIC PROPERTIES OF [N(CH3)4]2CuCl4 CRYSTALS IN THE PARENT PHASE

S. Sveleba, I. Kunyo, I. Katerynchuk, O. Semotyuk, I. Karpa, O. Phitsych, Y. Pankivskyj1

Ivan Franko Lviv National £niversity Department of Electronics, Non-linear Optics Chair hen. Tarnavskogo, 107, 79017 Lviv, Ukraine e-mail: sveleba@electronics.wups.lviv.ua National Ukrainian University of Forestry, Department of Ecology O. Kobylyanskoi 1, 79005 Lviv, Ukraine e-mail: pankivyu@lvivonline. com

The birefringence and dielectrical permittivity of [N(CH3)4]2CuCl4 crystals in the parent phase has been studied. It was assumed, that both non-linear behavior of birefringence and dielectrical permittivity of [N(CH3)4]2CuCl4 are caused by the existence of local spatial regions of tetrahedral group CuCl42+ correlated motion.

Key words: birefringence, dielectrical permittivity, phase transitions, correlated motion.

ДВОЯКОПРЕЛОМЛЯЮЩИЕ И ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА КРИСТАЛЛОВ [N(CH3)4]2CuCl4 В ИСХОДНОЙ ФАЗЕ

С. Свелеба, И. Куньо, И. Катеринчук, О. Семотюк, И. Карпа, Е. Фицыч, Ю. Панкивский1

Львовский национальный университет им. И. Франко факультет электроники, кафедра нелинейной оптики ул. генерала Тарнавского, 107, 79017 Львов, Украина e-mail: sveleba@electronics.wups.lviv.ua 1 Национальный лесотехнический университет Украины, кафедра экологии ул. О. Кобылянской 1, 79005 Львов, Украина e-mail: pankivyu@lvivonline. com

В работе проведены температурные исследования двупреломления и диэлектри­ческой проницаемости кристалла [N(CH3)4]2CuCl4 в исходной фазе. Сделано предположение, что нелинейное поведение двупреломления и диэлектрической проницаемости кристалла [N(CH3)4]2CuCl4 предопределенно существованием локальных пространственных областей скореллированного движения тетраэдрических групп CuCL,2+.

Ключевые слова: двупреломление, диэлектрическая проницаемость, фазовые переходы, скорелированное движение.

Стаття надійшла до редколегії 09.06.2008 Прийнята до друку 20.07.2009


[1]Трубицын М.П., Пастухов В.И., Бочкова Т.М. Критическое замедление локальных флуктуаций вблизи перехода параэлектрическая-несоразмерная фаза кристаллов Rb2ZnCl4 // Физ. тверд. тела. 1999. Т. 41. Вып. 1. С. 122-126.

[2]Трубицын М.П., Пастухов В.И., Бочкова Т.М. Критическое замедление локальных флуктуаций вблизи перехода параэлектрическая-несоразмерная фаза кристаллов Rb2ZnCl4 // Физ. тверд. тела. 1999. Т. 41. Вып. 1. С. 122-126.

[3]Трубицын М.П., Пастухов В.И., Бочкова Т.М. Критическое замедление локальных флуктуаций вблизи перехода параэлектрическая-несоразмерная фаза кристаллов Rb2ZnCl4 // Физ. тверд. тела. 1999. Т. 41. Вып. 1. С. 122-126.

[4]Трубицын М.П., Пастухов В.И., Бочкова Т.М. Критическое замедление локальных флуктуаций вблизи перехода параэлектрическая-несоразмерная фаза кристаллов Rb2ZnCl4 // Физ. тверд. тела. 1999. Т. 41. Вып. 1. С. 122-126.

[5]Трубицын М.П., Пастухов В.И., Бочкова Т.М. Критическое замедление локальных флуктуаций вблизи перехода параэлектрическая-несоразмерная фаза кристаллов Rb2ZnCl4 // Физ. тверд. тела. 1999. Т. 41. Вып. 1. С. 122-126.

[6]Трубицын М.П., Пастухов В.И., Бочкова Т.М. Критическое замедление локальных флуктуаций вблизи перехода параэлектрическая-несоразмерная фаза кристаллов Rb2ZnCl4 // Физ. тверд. тела. 1999. Т. 41. Вып. 1. С. 122-126.

[7]Трубицын М.П., Пастухов В.И., Бочкова Т.М. Критическое замедление локальных флуктуаций вблизи перехода параэлектрическая-несоразмерная фаза кристаллов Rb2ZnCl4 // Физ. тверд. тела. 1999. Т. 41. Вып. 1. С. 122-126.

[8]Трубицын М.П., Пастухов В.И., Бочкова Т.М. Критическое замедление локальных флуктуаций вблизи перехода параэлектрическая-несоразмерная фаза кристаллов Rb2ZnCl4 // Физ. тверд. тела. 1999. Т. 41. Вып. 1. С. 122-126.

[9]Трубицын М.П., Пастухов В.И., Бочкова Т.М. Критическое замедление локальных флуктуаций вблизи перехода параэлектрическая-несоразмерная фаза кристаллов Rb2ZnCl4 // Физ. тверд. тела. 1999. Т. 41. Вып. 1. С. 122-126.

[10]Трубицын М.П., Пастухов В.И., Бочкова Т.М. Критическое замедление локальных флуктуаций вблизи перехода параэлектрическая-несоразмерная фаза кристаллов Rb2ZnCl4 // Физ. тверд. тела. 1999. Т. 41. Вып. 1. С. 122-126.

[11]Трубицын М.П., Пастухов В.И., Бочкова Т.М. Критическое замедление локальных флуктуаций вблизи перехода параэлектрическая-несоразмерная фаза кристаллов Rb2ZnCl4 // Физ. тверд. тела. 1999. Т. 41. Вып. 1. С. 122-126.

Страницы:
1  2 


Похожие статьи

С Свелеба, І Куньо, І Катеринчук - Автоматизована установка з вимірювання величини повороту оптичної індикатриси

С Свелеба, І Куньо, І Катеринчук - Двозаломлювальні і діелектричні властивості кристалів [nch34bcucl4 у вихідній фазі