Садовская Л.Я., Боцьва Н.П.

Днепропетровский национальный университет им. Олеся Гончара

АНАЛИЗ ФАЗОВЫХ ПЕРЕХОДОВ В ТЕЛЛУРИТЕ СТРОНЦИЯ

Теллурит стронция SrTeO₃ обладает сегнетоэлектрическими свойствами в ограниченной области температур [1]. При комнатной температуре кристаллы имеют симметрию [2] и с ростом температуры этот материал претерпевает ряд фазовых превращений (ФП) со следующей последовательностью фаз [1-4]:

	344 К		585 К		758 К		1068 К		1268 К
α	→	β	→	γ	→	δ	→	λ	→	σ
	ФП1		ФП2		ФП3		ФП4		ФП5

ФП3 является переходом 2-го рода, остальные – ФП 1-го рода. α- и γ-фазы являются нецентросимметричными [5]. Спонтанная поляризация Р_S = 0,037 Кл/м² (585 К) обнаружена только в γ-фазе [1] . В [4] показано, что Р_S в α-фазе если и существует, то не превышает величины порядка 10^-3 Кл/м².

В большинстве случаев при последовательных сегнетоэлектрических фазовых превращениях структуры всех низкотемпературных фаз представляют собой искаженную структуру исходной, самой высокотемпературной (в некоторых случаях гипотетической) фазы, и изменение симметрии для каждой фазы происходит независимо от другой [6]. Практически во всех известных случаях в сегнетоэлектриках ФП из высокотемпературной фазы G₀ осуществляется в подгруппу группы G₀, т.е. симметрия прафазы не может быть ниже симметрии реализующихся фаз. В SrTeO₃ ни в одной из кристаллических фаз неколлинеарная система доменов оптически не наблюдалась. Это показывает, что все кристаллографические преобразования происходят в рамках моноклинной симметрии [4] . Так как в SrTeO₃ имеет место фаза (например, β), которая является самым высокосимметричным вариантом моноклинной структуры, то исходная фаза (либо σ, либо гипотетическая) исследуемого кристалла должна иметь пространственную симметрию класса . Тогда четыре из пяти ФП в SrTeO₃ происходят со следующими изменениями симметрии при понижении температуры:

ФП4: ←→

ФП3: ←→

ФП2: ←→

ФП1: ←→

В настоящее время отсутствуют какие-либо данные о поведении физичес-ких свойств кристаллов SrTeO₃ в окрестности ФП4 и ФП5. Поэтому в данной работе рассматривается модель, описывающая три нижних ФП в SrTeO₃. Предлагаемая модель основана на предположении, что эти ФП сопровождаются малыми структурными искажениями и параметр перехода (ПП) преобразуется по неприводимому представлению группы симметрии исходной фазы G₀ ( ).

Так как моноклинная сингония сохраняется при всех ФП, то невозможно описать цепочку переходов в теллурите стронция с помощью одного параметра порядка. Особенности поведения физических свойств SrTeO₃ при превращениях позволяют предложить схему феноменологического описания с двумя взаимодействующими ПП. Один из ПП – поляризация Р_Z (z - ось моноклинности), пробразующаяся по одномерному векторному прдставлению группы G₀. Поляризация обусловливает возникновение и особенности поведения спонтанной поляризации при ФП3. Второй параметр порядка двухкомпонентный, преобразующийся по представлению со звездой . С учетом этих особенностей неравновесный термодинамический потенциал, зависящий от двух взаимодействующих ПП, ограничен инвариантами 4-й степени по поляризации Р_Z и 6-й степени для двухкомпонентного ПП. Последнее представление допускает существование в термодинамическом потенциале инварианта 3-го порядка, то есть ФП2, где этот ПП возникает, может быть только переходом 1-го рода. Экспериментальные данные подтверждают, что ФП2 в SrTeO₃ протекает как переход 1-го рода [1]. Возникновение при ФП2 нового ПП делает невозможным дальнейшее существование поляризации Р_Z. Решения уравнений состояния и устойчивости для термодинамического потенциала показывают, что при ФП2 происходит переход в подгруппу , отличающуюся от исходной фазы G₀ изменением некоторых трансляций. При этом втрое уменьшается плотность узлов решетки Браве. Следовательно, при ФП2 объем елементарной ячейки увеличивается втрое. Согласно предлагаемой модели при ФП1 исчезают элементы точечной симметрии С₂ и (I) и осуществляется переход в подгруппу . Относительно β-фазы изменения трансляционной симметрии не происходят. Возможно возникновение двух систем антипараллельных доменов, различающихся знаком Р_S . Элементом двойникования этих доменов является потерянная ось 2-го порядка.

Таким образом, предлагаемая модель допускает термодинамический путь фазовых превращений в SrTeO₃, подтверждаемый экспериментальными данными поведения физических параметров.

Литература:

1. Yamada T., Iwasaki Y. New ferroelectric compound SrTeO₃ // Appl. Phys. Lett., 1972. V.21. N 3. P.89-90.

2. Yamada T., Iwasaki Y. Ferroelectric, рiezoelectric and optical properties of SrTeO₃ single crystals and phase transition points in thе solid solution systems // J. Appl. Phys.,1973. V.44, N 9. P. 3934-3939.

3. Кудзин А.Ю., Садовская Л.Я. Поведение монокристаллов SrTeO₃. в области фазовых переходов. Тезисы докл. ІХ Всесоюз. Совещ. по сегнетоэлектрикам. Ростов. 1979. Ч.1. С.119.

4. Кудзин А.Ю., Моисеенко В.Н., Садовская Л.Я. Низкотемпературное превращение в теллурите стронция // ФТТ. 1982. Т.24. N 9. С. 2837-2839.

5. Liberts G.V., Sadovskaya L.Ya. Study of phase transition by SHG techniques in strontium tellurite single crystals // Phys.status solidi A. 1980. V.62. N 2. P.K167 - K168.

6. Смоленский Г.А., Боков Б.А., Исупов В.А. и др. Сегнетоэлектрики и антисегнетоэлектрики.- Л.: Наука, 1971. - 476 с.