Способ определения времени ориентационной релаксации парамагнитных дипольных комплексов в кристаллах (его варианты)

 

Способ относится к области анализа материалов с помощью магнитного резонанса и может быть использован для определения параметров дефектов кристаллической структуры. Целью изобретения является расширение диапазона исследуемых материалов за счет сегнетоэлектриков и сегнетоэластиков. Цель достигается воздействием на образец, содержащий парамагнитные дипольные комплексы, двумя импульсами электрического поля (или механического напряжения ) разного знака с амплитудой порядка амплитуды коэрцитивного поля и длительностью t, достаточной для монодоменизации образца, приче.м интервал между импульсами Т удовлетворяет условию Т lOt, и регистрацией временной зависимости интенсивности сигнала ЭПР дипольных комплексов после второго импульса. 1 з.п.ф-лы. & (Л ГС О) о 00 ;о

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК 511 4 G 01 N 24/10

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3892790/31-25 (22) 08.05.85 (46) 30.09.86. Бюл. № 36 (71) Уральский ордена Трудового Красного

Знамени государственный университет им. А. М. Горького (72) В. А. Важенин и К. М. Стариченко (53) 538.69.083 (088.81 (56) Сканави Г. И. Физика диэлектриков.

М-Л.: ГИТЛ, 1949, с. 319.

Шерстков Ю. А. и др. Ориентационная кинетика дипольных комплексов 0Ф+— — в ЯгРг. ФТТ, 1976, т. 18, вып. 9, с. 2614 — 2620. (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ВРЕМЕНИ

ОРИЕНТАЦИОННОЙ РЕЛАКСАЦИИ ПАРАМАГНИТНЫХ ДИПОЛЬНЫХ КОМПЛЕКСОВ В КРИСТАЛЛАХ (ЕГО ВАРИАНТЫ) „„SU„„1260789 А1 (57) Способ относится к области анализа материалов с помощью магнитного резонанса и может быть использован для определения параметров дефектов кристаллической структуры. Целью изобретения является расширение диапазона исследуемых материалов за счет сегнетоэлектриков и сегнетоэластиков. Цель достигается воздействием на образец, содержащий парамагнитные дипольные комплексы, двумя импульсами электрического поля (или механического напряжения) разного знака с амплитудой порядка амплитуды коэрцитивного поля и длительностью t, достаточной для монодоменизации образца, причем интервал между импульсами Т удовлетворяет условию Т ) 10t, и регистрацией временной зависимости интенсивности сигнала ЭПР дипольных комплексов после второго импульса. 1 з.п.ф-лы.

1260789

Изобретение относится к анализу материалов с помощью магнитного резонанса и может быть использовано для определения параметров дефектов кристаллической решетки сегнетоэлектриков и сегнетоэластиков, а именно времени релаксации переориентирующихся дипольных парамагнитных комплексов, создающих в кристалле электрическое поле и поле упругих напряжений и вследствие этого влияющих на характер доменной структуры и процессы переключения сегнетоэлектриков и сегнетоэластиков, что определяет область применения этих материалов в устройствах электроники.

Цель изобретения — расширение диапазона исследуемых материалов за счет сегнетоэлектриков (сегнетоэластиков) .

Сущность способа заключается в следующем.

Парамагнитный дипольный комплекс представляет собой парамагнитный ион, неизозарядно заместивший ион кристаллической решетки, в ближайшем окружении которого находится заряженный дефект, компенсирующий избыточный заряд парамагнитного иона. В кристалле, имеющем спонтанную поляризацию (спонтанную деформацию), парамагнитные дипольные комплексы, различным образом ориентированные относительно направления спонтанной поляризации (спонтанной деформации), имеют отличающиеся

ЭПР-спектры и энергетически неэквивалентны. В результате переориентации концентрации дипольных комплексов в положениях с различными ориентациями из-за их энергетической неэквивалентности различна, о чем можно судить по интенсивности ЭПР-спектра этих комплексов, причем наиболее простым

ЭПР-спектр дипольных комплексов будет в монодоменном кристалле, который может быть получен воздействием на него электрического поля (механического напряжения).

При изменении в кристалле направления спонтанной поляризации (спонтанной деформации) путем приложения импульсного электрического поля (импульсного механического напряжения) спектры ЭПР, т. е. совокупности поверхностей Нр-, 6, У (иргиз — положение ЭПР-сигнала, Я и — полярный и азимутальный углы магнитного поля), всех дипольных комплексов изменяются, но концентрации остаются прежними. Эти концентрации в связи с изменением энергетической структуры дипольных комплексов оказываются неравновесными. Приход к равновесию за счет переориентации дипольных центров можно регистрировать по интенсивности спектра ЭПР. Причем, временные зависимости интенсивности спектра ЭПР дипольных комплексов с различной ориентацией могут быть различны, что обусловлено особенностями потенциального рельефа для движения зарядокомпенсирующего дефекта в кристалле.

15 го

При определении времени ориентационной релаксации парамагнитных дипольных комплексов в сегнетоэлектриках (сегнетоэластиках) наблюдают их спектр ЭПР, затем, воздействуя на образец импульсом электрического поля (механического напряжения) длительностью t, создают монодоменное состояние. Чтобы длительность импульса была конечной, амплитуда должна быть порядка амплитуды коэрцитивного поля (коэрцитивного механического. напряжения). Далее подают на образец второй импульс той же амплитуды и длительности, но другого знака, в результате чего образец переходит в другое монодоменное состояние, т. е. направление спонтанной поляризации (спонтанной деформации) изменится. Времена релаксации, которые можно измерять по временной зависимости интенсивности ЭПРсигнала после второго импульса, ограничены неравенством т ) 3t (быстрее процессы искажены переориентацией доменов) . Для получения максимальной амплитуды временной зависимости интенсивности нужно, чтобы ко второму импульсу концентрации дипольных комплексов были практически равновесными. Это достигается при Т ) Зт. Следовательно, длительности импульсов электрического поля (механического напряжения) и интервал между ними должны удовлетворять условию Т ) 10t (Т вЂ” интервал между импульсами) .

Пример. Способ использован для определения времени ориентационной релаксации парамагнитных дипольных комплексов Gd3+—

-Cl в сегнетоэлектрическом германате свинца, имеющем фазовый переход при температуре +177 С. Ион Gp + находится в позиции Рв +, а ион Сl располагается в междоузлии. Кристаллы германата свинца выращены методом Чохральского с примесью гадолиния 0,01 мольЯ в шихте и затем отожжены в хлорсодержащей атмосфере. Образец приготовлен в виде плоскопараллельной пластинки толщиной 0,65 мм, вырезанной перпендикулярно сегнетоэлектрической оси

Сз. Электроды сделаны из туши с графитовой пудрой. Измерения проведены на радиоспектрометре РЭ-1301 на переходе 1/2 — 3/2 при Н//С .

В спектре ЭПР данного образца наблюдают переходы (1/2 /2) трех типов дипольных комплексов Gd — Cl отличающихся ориентацией относительно оси Сз. С помощью электродов подают на образец импульс электрического поля длительностью две-три секунды и величиной — 50 кВ/см (коэрцитивное поле при комнатной температуре равно 16 кВ/см и увеличивается с понижением температуры), в результате чего образец становится практически монодоменным. Через 30 — 60 с на образец подают импульс электрического поля обратной полярности, изменяющий направление спонтанной поляризации. При этом сигналы ЭПР ука12607

Формула изобретения

3 занных комплексов Gd + — Cl исчезают, но возникают три других сигнала, обусловленных дипольными комплексами 04з+ — С1 с противоположным знаком проекции дипольного момента на направление спонтанной поляризации. Со временем интенсивность новых сигналов уменьшается, а старых увеличивается. Регистрация временной зависимости увеличения интенсивности ЭПРсигналов при температуре 108 С показывает, что времена релаксации двух комплек- 1О сов составляют 12 с и 10 с. Третий комплекс при этой температуре релаксировал так медленно, что определить время релаксации не удалось. Регистрация временной зависимости интенсивности ЭПР-сигнала велась двумя способами. В случае быстрой релаксации (т (30c) устанавливалось магнитное поле, соответствующее максимуму производной линии поглощения, и записывалась амплитуда сигнала в зависимости от времени. В случае медленной релаксации (т ) 30c) многократно записывался сигнал ЭПР, а временная зависимость строилась по точкам. Время релаксации определялось по наклону временной зависимости в полулогарифмическом масштабе.

l. Способ определения времени ориентационной релаксации парамагнитных дипольных комплексов в кристаллах, заклю- 30 чающийся в наблюдении ЭПР-сигнала этих комплексов, воздействии на образец элек89

4 трическим полем, регистрации временной зависимости интенсивности ЭПР-сигнала и определении по указанной временной зависимости времени релаксации, отличающийся тем, что, с целью расширения диапазона исследуемых материалов за счет сегнетоэлектриков, воздействие электрическим полем осуществляют путем подачи на образец двух импульсов разного знака с амплитудой порядка амплитуды коэрцитивного поля и длительностью t, достаточной для монодоменизации образца, причем, интервал между импульсами Т удовлетворяет условию

Т ) 10t, а временную зависимость интенсивности ЭПР-сигнала регистрируют после второго импульса.

2. Способ определения времени ориентационной релаксации парамагнитных дипольных комплексов в кристаллах, заключающийся в наблюдении ЭПР-сигнала этих комплексов, регистрации временной зависимости интенсивности ЭПР-сигнала и по указанной временной зависимости определении времени релаксации, отличающийся тем, что, с целью расширения диапазона исследуемых материалОв за счет сегнетоэластиков, после наблюдения спектра ЭПР воздействуют на образец двумя импульсами механического напряжения разного знака с амплитудой порядка амплитуды коэрцитивного напряжения и длительностью t, достаточной для монодоменизации образца, причем, интервал между импульсами Т удовлетворяет условию Т) 10t, а временную зависимость интенсивности ЭПР-сигнала регистрируют после второго импульса.

Составитель В. Майоршин

Редактор И. Сегляник Техред И. Верес Корректор Г. Решетник

Заказ 5221/42 Тираж 778 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП «Патент», r. Ужгород, ул. Проектная, 4