Способ определения времени ориентационной релаксации парамагнитных дипольных комплексов в кристаллах (его варианты) Советский патент 1986 года по МПК G01N24/10 

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 переориенти- 5 рующихся дипольных парамагнитных комплексов, создающих в кристалле электрическое поле и поле упругих напряжений и вследствие этого влияющих на характер доменной структуры и процессы переключения Q 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.

При определении времени ориентацион- ной релаксации парамагнитных дипольных комплексов в сегнетоэлектриках (сегнето- эластиках) 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 (спон- 15 тайной деформации) изменится. Времена релаксации

t:

которые можно измерять по

временной зависимости интенсивности ЭПР- сигнала после второго импульса, ограничены неравенством т 3t (быстрее процессы

дставляет собой парамагнитный ион, неизо- ,0 кажены переориентацией доменов). Для зарядно заместивщий ион кристаллической получения максимальной амплитуды временной зависимости интенсивности нужно, чтобы ко второму импульсу концентрации дипольных комплексов были практически равновесными. Это достигается при Т 3т. Следовательно, длительности импульсов электрического поля (механического напряжения) и интервал между ними должны удовлетворять условию (Т - интервал между импульсами).

Пример. Способ использован для определения времени ориентационной релаксации парамагнитных дипольных комплексов Оё -С в сегнетоэлектрическом германате свинца, имеющем фазовый переход при температуре -|-177°С. Ион Од находится в позиции Рв, а ион С1 располагается в межЭПР-спектр дипольных комплексов будет в 35 доузлии. Кристаллы германата свинца выра- монодоменном кристалле, который может Щены методом Чохральского с примесью га- быть получен воздействием на него электри- долиния 0,01 моль% в щихте и затем отож- ческого поля (механического напряжения). жены в хлорсодержащей атмосфере. Образец При изменении в кристалле направления приготовлен в виде плоскопараллельной спонтанной поляризации (спонтанной дефор- 40 пластинки толщиной 0,65 мм, вырезанной мации) путем приложения импульсного электрического поля (импульсного механического напряжения) спектры ЭПР, т. е. совокупности поверхностей Нрез, 0, f (нрез - положение ЭПР-сигнала, 0 и f - полярный и азимутальный углы магнитного поля), всех 45 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 50 две-три секунды и величиной 50 кВ/см центров можно регистрировать по интенсив- (коэрцитивное поле при комнатной темпеПарамагнитный дипольный комплекс пререщетки, в ближайщем окружении которого находится заряженный дефект, компенсирующий избыточный заряд парамагнитного иона. В кристалле, имеющем спонтанную поляризацию (спонтанную деформацию), па- 25 рамагнитные дипольные комплексы, различным образом ориентированные относительно направления спонтанной поляризации (спонтанной деформации), имеют отличающиеся ЭПР-спектры и энергетически неэквивалентны. В результате переориентации концент- 30 рации 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

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«нкЗ/2) трех типов дипольных комплексов , отличающихся ориентацией относительно оси Сз. С помощью электродов подают на образец импульс электрического поля длительностью

ности 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.

ратуре равно 16 кВ/см и увеличивается с понижением температуры), в результате чего образец становится практически монодомен- ным. Через 30-60 с на образец подают импульс электрического поля обратной полярности, изменяющий направление спонтанной поляризации. При этом сигналы ЭПР ука

При определении времени ориентацион- ной релаксации парамагнитных дипольных комплексов в сегнетоэлектриках (сегнето- эластиках) 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 (спон- тайной деформации) изменится. Времена релаксации

t:

которые можно измерять по

временной зависимости интенсивности ЭПР- сигнала после второго импульса, ограничены неравенством т 3t (быстрее процессы

доузлии. Кристаллы германата свинца выра- Щены методом Чохральского с примесью га- долиния 0,01 моль% в щихте и затем отож- жены в хлорсодержащей атмосфере. Образец приготовлен в виде плоскопараллельной пластинки толщиной 0,65 мм, вырезанной две-три секунды и величиной 50 кВ/см (коэрцитивное поле при комнатной темпеперпендикулярно 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«нкЗ/2) трех типов дипольных комплексов , отличающихся ориентацией относительно оси Сз. С помощью электродов подают на образец импульс электрического поля длительностью

ратуре равно 16 кВ/см и увеличивается с понижением температуры), в результате чего образец становится практически монодомен- ным. Через 30-60 с на образец подают импульс электрического поля обратной полярности, изменяющий направление спонтанной поляризации. При этом сигналы ЭПР ука

занных комплексов Gd -Cl исчезают, но возникают три других сигнала, обусловленных дипольными комплексами с противоположным знаком проекции ди- польного момента на направление спонтанной поляризации. Со временем интенсив- ность новых сигналов уменьшается, а старых увеличивается. Регистрация временной зависимости увеличения интенсивности ЭПР- сигналов при температуре 108°С показывает, что времена релаксации двух комплек- 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 30с) устанавливалось магнитное поле, соответствующее максимуму производной линии поглощения, и записывалась амплитуда сигнала в зависимости от времени. В случае медленной релаксации (т 30с) многократно записывался сигнал ЭПР, а временная зависимость строилась по точкам. Время релаксации определялось по наклону временной зависимости в полулогарифмическом масщтабе.

Формула изобретения

I. Способ определения времени ориен- тационной релаксации парамагнитных ди- польных комплексов в кристаллах, заклю- чающийся в наблюдении ЭПР-сигнала этих комплексов, воздействии на образец элек

Редактор И. Сегляник Заказ 5221/42

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП «Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 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 сегнето- электриков, воздействие электрическим полем осуществляют путем подачи на образец двух импульсов разного знака с амплитудой порядка амплитуды коэрцитивного поля и длительностью t, достаточной для моно- доменизации образца, причем, интервал между импульсами Т удовлетворяет условию , а временную зависимость интенсивности ЭПР-сигнала регистрируют после второго импульса.

2. Способ определения времени ориента- ционной релаксации парамагнитных диполь- ных 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 мо- нодоменизации образца, причем, интервал между импульсами Т удовлетворяет условию Т 101, а временную зависимость интенсивности ЭПР-сигнала регистрируют после второго импульса.

Составитель В. Майоршин

Техред И. ВересКорректор Г. Решетник

Тираж 778Подписное

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 сегне- тоэластиков. Цель достигается воздействием на образец, содержащий парамагнитные ди- польные комплексы, двумя импульсами электрического поля (или механического напряжения) разного знака с амплитудой порядка амплитуды коэрцитивного поля и длительностью t, достаточной для монодомени- зации 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