СИСТЕМАТИЗАЦИЯ СВОЙСТВ ПОЛЯРНЫХ ОКСИДНЫХ КРИСТАЛЛОВ
DOI
10.33286/2075-8693-2021-50-83-91
Авторы
Кидяров Борис Иванович, д-р физ.-мат наук, старший научный сотрудник ИФП СО РАН им. А. В. Ржанова, e-mail: kidyarov@isp.nsc.ru.
Ключевые слова
оксидные кристаллы, свойства, пьезоэлектрические, пироэлектрические, электрооптические, нелинейно-оптические
Аннотация
Систематизирована эмпирическая взаимосвязь пьезоэлектрических (ПЭ), пироэлектрических (ПИЭ), нелинейно-оптических (НЛО) и электрооптических (ЭО) свойств полярных оксидных кристаллов, используемых в функциональной электронике. Установлена резко экстремальная зависимость для верхних огибающих линий нечетких множеств попарно перечисленных свойств, до сих пор не рассматриваемая в физике твердого тела. Тем не менее показано, что общий вид всех нечетких множеств различается в деталях. Точки зависимости «НЛО-ПЭ» более тесно примыкают к огибающей линии, а для зависимости «ЭО-ПЭ» до сих пор имеется недостаток эмпирических данных. Наивысшие ацентричные свойства в большей мере проявляются в кристаллах многокомпонентных оксидных релаксоров, частично изученных только за последние 20 лет.
Литература
1. Рез И. С., Поплавко Ю. М. Диэлектрики. Основные свойства и применение в электронике. М. : Радио и связь, 1989. 287 с.
2. Гриценко В. А., Тысченко И. Е., Попов В. П., Перевалов Е. В. Диэлектрики в наноэлектронике. Новосибирск : Изд-во СО РАН, 2010. 257 с.
3. Гриценко В. А., Исламов Д. Р. Диэлектрики. Новосибирск : Параллель, 2017. 351 с.
4. Сиротин Ю. И., Шаскольская М. П. Основы кристаллофизики. 2-е изд., перераб. М. : Наука, 1979. 639 с.
5. Кидяров Б. И., Атучин В. В. Универсальная система взаимосвязи структурно-физических свойств кристаллов // Изв. вузов. Материалы электронной техники. 2007. № 2. С. 72–76.
6. Lang S. B. A 2400 years history of pyroelectricity: from Ancient Greece to exploration of the solar system // British Ceramic Transactions. 2004. Vol. 103, no. 2, pp. 65–70.
7. Храмов Ю. А. Физики : биографический справочник. 2-е изд. М. : Наука, 1983. 399 с.
8. Kidyarov B. I. Comparative interrelationship of the structural, nonlinear-optical and other acentric properties for oxide, borate and carbonate crystals // Crystals. 2017, Vol. 7, no. 4, p. 109.
9. Кидяров Б. И. Нецентросимметричные оксидные кристаллы: взаимосвязь пьезоэлектрических – нелинейно-оптических – электрооптических свойств // Фундаментальные проблемы современного материаловедения. 2014. Т. 11, вып. 3. С. 298–302.
10. Glass A. M. Investigation of the electrical properties of Sr1−xBaxNb2O6 with special reference to pyroelectric detection // Journal of Applied Physics. 1969. Vol. 40 (12), pp. 4699–4713.
11. Whatmore R. W. Pyroelectric devices and materials // Rep. Prog. Phys. 1986. Vol. 49, pp. 1335–1386.
12. Справочник по лазерам / ред. А. М. Прохоров. М. : Сов. радио, 1978. Т. 2. 400 с.
13. Блистанов А. А., Бондаренко В. С., Чкалова В. В. и др. Акустические кристаллы : справочник. М. : Наука. 1982. 632 c.
14. Nikogosyan D. N. Nonlinear Optical Crystals : A Complete Survey. Springer : N. Y., USA, 2005. 427 p. 15. Belik A. A., Azuma M., Saito T., Shimakawa Y. et al. Crystallographic features and tetragonal phase stability of PbVO3, a new member of PbTiO3 family // Chem. Mater. 2005. Vol. 17, pp. 269–273.
16. Inaguma Y., Aimi A., Shirako Y. High-pressure synthesis, crystal structure, and phase stability relations of a LiNbO3 – type polar titanate ZnTiO3 and its reinforced polarity by the second-order Jahn – Teller effect // J. Am. Chem. Soc. 2014. Vol. 136, iss. 7, pp. 2748–2756.
17. Fourquet J. L., Bail A. L, and. Gillet P. A. LiNbWO6: crystal structure of its two allotropic forms // Mat. Res. Bull. 1988. Vol. 23, no. 1, pp.1163–1170.
18. Kidyarov B. I., Atuchin V. V. Interrelationship «struсture-property» for the сrystals of noncentrosymmetric tungstates // Ferroelectrics. 2013. Vol. 444, no 1, pp. 144–149.
19. Zheng L., Sahul R., Zhang Sh., Jiang W.,, Li Sh., and Cao W. Orientation dependence of piezoelectric properties and mechanical quality factors of 0.27Pb(In1/2Nb1/2)O3 -0.46Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-0.27PbTiO3 single crystals // J. Appl. Phys. 2013. Vol. 114, pp. 104–105.
20. Fu Desheng, Itoh Mitsuru, Koshihara Shin-Ya. Crystal growth and piezoelectricity of BaTiO3-CaTiO3. solid solution // Appl. Phys. Lett. 2008. Vol. 93, no. 1, 012904.
21. He Ch., Wang Z., Li X., Yang X., Long X., Ye Z. G. Self-polarized high piezoelectricity and its memory effect in ferroelectric single crystals // Acta Materialia. 2017. Vol. 125, pp. 498–505.
22. Li X., Chen Ch., Ljng H., Zhang H., Lin D., Zhao X., Luo H. The growth and properties of lead-free ferroelectric single crystals // Crystals. 2015. Vol. 5, no. 2, pp. 172–192.
23. Zhang Zh., Xu J., Yang L., Liu S., Xiao J., Zhu R. The performance enhancement and temperature dependence of piezoelectric properties for Pb(Mg1/3Nb2/3)O3 - 0.30PbTiO3 single crys-tal by alternating current polarization // J. Appl. Phys. 2019. Vol. 125, 034104.
24. Acosta M., Novak N., Rojas V., Patel S., Vaish R., Koruza J., Rossetti G., Rodel J. BaTiO3-based piezoelectrics: Fundamentals, current status, and perspectives // Applied Physics Reviews. 2017. Vol. 4, no. 4, 041305.
25. Huang L. Z, Zhao K. Y., Ruan W., Ruan X. Z., Zhao W., Zeng J. T. Li G. R. Enhanсement of piezoelectric properties of PMN-PT based ceramics in low temperatures // Abstracts Book in Proceedings of the 11th Russia-CIS-Baltic-Japan Symposium on Ferroelectricity, Ekaterinburg, Russia, 2012. Ural Federal University, Ekaterinburg, Russia, 2012, p. 74.
26. Lines M. T., Glass M. L. Properties and application of ferroelectrics and related materials. Oxford : Clarendon press, 1977. 500 р.
27. Zhang X., Dong N., Zhang R., Zhang J. Nonlinear optical properties of (1-x) Pb(Mg1/3Nb2/3)O3xPbTiO3 investigated by the femtosecond Z-scan technique // Optical Engineering. 2018. Vol. 57, no. 5, 057103.
28. Abdi F., Fontana M. D, Aillerie M., Carabatos-Nedelec C. Electro-optic measurements in PbTiO3 single crystals // Ferroelectrics. 1990. Vol. 107, no. 1, pp. 3–8.
29. Lu Y., Cheng Z. Y, Park S. E., Liu S. F. and Zhang Q. Linear electro-optic effect of 0.88Pb(Zn1/3Nb2/3)O3 – 0.12PbTiO3 Single Crystal // Jpn. J. Appl. Phys. 2000. Vol. 39, part 1, no. 1, pp. 141–145.
30. Jeong D.-Y., Lu Y., Sharma V, Zhang Q. and Hao-Su Luo H-S. Linear electrooptic properties of Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-PbTiO3 single crystals at compositions near the morphotropic phase boundary // Jpn. J. Appl. Phys. 2003. Vol. 42, pp. 4387–4389.
31. Wan X., Luo H., Zhao X., Wang D. Y., Chan H. L. W, and Choy C. L. Refractive indices and linear electro-optic properties of (1−x)PbMg1/3Nb2/3O3−xPbTiO3 single crystals // 2004. Appl. Phys. Lett. Vol. 85, no. 22, pp. 5233–5234.
32. Sun E., Cao W. Relaxor-based ferrorelectric single crystals: Growth, domain engineering, characterization, and application // Progress in Materials Science. 2014. Vol. 65, pp. 134–210.
33. He A., Xi Z., Xiaojuan L., Wei L., Zhang T., Fang P., Zhang J. Structure analysis and systematical electric properties investigation of PSN–PMN–PT single crystal // Journal of Materials Science: Materials in Electronics. 2018. Vol. 29, pp. 16004–16009.
34. Guo F., Yang B., Zhang Sh. et al. Enhanced pyroelectric property in (1-x)(Bi0.5Na0.5) TiO3-xBa(Zr0.055Ti0.945)O3: role of morphotropic phase boundary and ferroelectric-antiferroelectric phase transition // Applied Physics Letters. 2013. Vol. 103, no. 18, 182906.
35. Choi S. W., Shrout R. T. R., Jang S. J., Bhalla A. S. Dielectric and pyroelectric properties in the Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-PbTiO3 system // Ferroelectrics. 1989. Vol. 100, no. 1, pp. 29–38.
Для цитирования
Кидяров Б. И. Систематизация свойств полярных оксидных кристаллов // Техника радиосвязи. 2021. Выпуск 3 (50). С. 83–91. DOI: 10.33286/2075-8693-2021-50-83-91.