Физика/ 2. Физика твердого тела

К. ф.-м. н. Непочатенко В.А., к. ф.-м. н. Розумнюк В.Т., к. ф.-м. н. Шевченко Р.Л., Непочатенко И.А.

Белоцерковский национальный аграрный университет, Украина

Предельная фазовая граница при структурном фазовом переходе второго рода в BiVO4

В работах [1.2] предложена модель плоских бесструктурных фазовых границ (БФГ) при полиморфных фазовых переходах первого рода и определены уравнения и условия их формирования. Показано, что БФГ формируется  в кристалле, когда собственная деформация диссимметричной фазы при фазовом переходе разрешает существование недеформированной  плоскости раздела фаз при наличии небольшого относительного поворота их кристаллографических осей. Количество возможных БФГ определяется симметрией парафазы. Среди них есть фазовые границы, которые формируют близкие (субориентационные) состояния, отличающиеся знаком спонтанного поворота кристаллографических осей. Эти фазовые границы можно совместить с помощью операции симметрии парафазы, которая не теряется при структурном фазовом переходе.

Поскольку при фазовом переходе симметрия изменяется скачком [3], то нами предложено рассматривать структурный фазовый переход второго рода как предельный случай фазового перехода первого рода, когда один параметр решетки (который не определяет изменение симметрии) не меняется, а остальные параметры двух фаз изменяются на бесконечно малую величину[4]. Такую границу раздела фаз мы назвали предельной фазовой границей (ПФГ) [4].  Уравнения ПФГ можно получить из модели БФГ, если известны предельные значения отношений соответствующих  параметров кристалличес- кой решетки при фазовом переходе второго рода. На целом ряде кристаллов обнаружено существование линейных зависимостей  между параметрами решетки при изменении температуры в пределах фазы [5],  из которых можно определить соответствующие отношения параметров  решетки при фазовом переходе.

Из модели предельной фазовой граница в [4] получены следующие уравнения ПФГ в BiVO4:

X + B Y  = 0,                                                        (1)

X + N Y  = 0,                                                        (2)

где  B = 1,608;   N = -0,728.

Ориентации предельных фазовых границ (1) и (2) почти совпадают с соответствующими ориентациями двух возможных взаимно перпендикулярных доменных стенок в BiVO4 (отличие ≈ 2о) [4,6].

В данной работе представлены результаты поляризационно-оптических исследований фазовых границ в BiVO4 при наличии небольшого однородного градиента температуры  в образце (ΔТ = 1 К/см). Наблюдения проводились в отраженном свете в плоскости (001). При фазовом переходе,  не зависимо от ориентации изотермы, наблюдалась, как правило, одна фазовая граница, которая формировала монодоменное состояние образца (рис.1а). Ориентация этой фазовой границы совпадало с ориентацией возможной доменной стенки в полидоменном кристале. Нами не обнаружено отличий в ориентации фазовой границы при прямом и обратном фазовых переходах.

При большем градиенте температуры в образце (ΔТ = 10 К/см), когда изотерма была перпендикулярна ориентации фазовой границы, соответствующей

 

β - фаза
 

α - фаза
 

α - фаза
 

Δ Т
 

Δ Т
 
   

                                   а  Δ Т                                                             б                   0,1 мм

 


Рис.1. Два вида предельных фазовых границ в BiVO4 .

Δ Т
 
                                                                      

 

исходному ориентационному состоянию образца, наблюдались две взаимно-перпендикулярные фазовые границы (рис.1б), которые формировали полидоменное состояние образца.

Таким образом, из полученных экспериментальных результатов можно сделать вывод, что при фазовом переходе второго рода в BiVO4 наблюдаются плоские фазовые границы, ориентация которых совпадает с направлениями возможных доменных стенок и хорошо согласуются с моделью предельной фазовой границы [4].

Литература:

1. Непочатенко В.А., Непочатенко І.А. Тонкі фазові  межі при поліморфних фазових переходах для фаз із симетрією, не нижчою за моноклінну// Укр.физ. журн. 2005. Т.50, №1. С. 64­­–67.

2. Непочатенко В.А. Тонкі фазові межі між триклинними фазами // Укр.физ.  журн. 2005. Т.50, №5. С. 483–485.

3. Современная кристаллография / под ред. Б.К.Вайнштейна. – М. : Наука 1979. – Т. 2. – 359 с.

4. Непочатенко В.А., Розумнюк В.Т., Непочатенко И.А. Предельная фазовая граница при структурном фазовом перезоде второго рода // Нано- и микросистемная техника. 2010. №5. С. 32–35.

5. Непочатенко В.А. Линейная зависимость между величинами кристаллографических параметров решетки в пределах фазы в сегнетоэластике ортофосфате свинца // ПЖТФ. 2007. Т. 33. №6. С. 70-75.

6. David W.I.F., Wood I.G. Ferroelastic phase transition in BiVO4: V/ Temperature dependence of Bi3+ displacement and spontaneous // J. Phys.C: Solid State Phys. 1983. Vol. 16. P. 5127–5148.