Особенности проявления поверхностных электрохимических процессов в сегнетоэлектрических кристаллах с низкотемпературными фазовыми переходами

Аннотация. Исследован процесс протекания токов короткого замыкания в кристаллах с низкотемпературными фазовыми переходами: сегнетовой соли NaKC₄H₄O₆ • 4H₂O и триглицинсульфата (CH₂ • NH₂ • COOH)₃ • H₂SO₄. Испытания проведены на образцах полярных срезов без предварительной поляризации с симметричными индиевыми токопроводящими покрытиями. На всех образцах при комнатной температуре выявлено наличие токов короткого замыкания, которые сохраняются достаточно долго, и явление спадания тока со временем. Получены температурные зависимости токов короткого замыкания в диапазоне температур 16—45 °С для сегнетовой соли и 16—110 °С для триглицинсульфата. Токи короткого замыкания наблюдаются в исследованных кристаллах как в сегнетофазе, так и в парафазе. Показано, что при нагреве в сегнетофазе суммарный ток короткого замыкания определяется конкурирующими процессами: пиротоками и токами электрохимического разложения. В парафазе токи короткого замыкания являются токами электрохимического саморазложения. Показано, что протекание токов короткого замыкания через образцы полярных срезов кристаллов сегнетовой соли и триглицинсульфата обусловлено наличием собственной ЭДС, возникшей в результате электрохимического саморазложения противоположных поверхностей полярных срезов образцов при контакте с токопроводящими покрытиями вследствие анизотропии этих сторон. Предложена модель электрохимического саморазложения в таких кристаллах.

полярные классы, сегнетоэлектрики, триглицинсульфат, сегнетова соль, низкотемпературный сегнетоэлектрический фазовый переход, пироэлектрический эффект, токи короткого замыкания

1. Блистанов А. А., Козлова, Н. С., Гераськин В. В. Влияние поверхностных состояний на особенности фазовых превращений и формирование структурных дефектов в кристаллах иодата лития // Изв. вузов. Цветная металлургия. 1996. № 4. C. 66—71.

2. Blistanov A. A., Kozlova N. S., Geras’kin V. V. The phenomenon of electrochemical self−decomposition in polar dielectrics // Ferroelectrics. 1997. V. 198, Iss. 1. P. 61—66. DOI: 10.1080/00150199708228338

3. Zhu Yong, Zhang Dao−Fan, Xu Zheng−Yi. The electrical properties of KLiSO4 single crystals // Acta Phys. Sin. 1982. V. 31, Iss. 8. P.1073—1079. (In Chin.). DOI: 10.7498/aps.31.1073

4. Juhasz C., Gil−Zambrano J. L. Spontaneous electric currents from nylon films // J. Phys. D: Appl. Phys. 1982. V. 15, N 2. P. 327—336. DOI: 10.1088/0022-3727/15/2/019

5. Sharma R., Sud L. V. Temperature−dependent currents in unpolarised poly(vinyl alcohol) // J. Phys. D: Appl. Phys. 1981. V. 14, N 9. P. 1671—1676. DOI: 10.1088/0022-3727/14/9/015

6. Srivastava J. P., Shrivastava S. K., Srivastava A. P. Thermally stimulated discharge currents from unpoled iodine doped polyvinylacetate // Jpn. J. Appl. Phys. 1981. V. 20, N 12. P. 2439—2442. DOI: 10.1143/JJAP.20.2439

7. Гороховатский Ю. А., Бордовский Г. А. Термоактивационная токовая спектроскопия высокоомных полупроводников и диэлектриков. М.: Наука, 1991. 248 с.

8. Чеботин В. Н., Перфильев М. В. Электрохимия твердых электролитов. М.: Химия, 1978. 312 с.

9. Иона Ф., Широне Д. Сегнетоэлектрические кристаллы. М.: Мир, 1965. 555 с.

10. Гаврилова Н. Д., Малышкина И. А. Влияние изменений в структуре сетки водородных связей воды на электрофизические свойства систем «матрица−вода» при ступенчатом нагреве // Вестник Московского университета. Сер. 3. Физика. Астрономия. 2018. № 6. С. 74—80.

11. Гороховатский Ю. А. Основы термоактивационного анализа. М.: Наука, 1981. 152 с.

12. Масловская А. Г. Исследование распределения поляризации в сегнетоэлектрических кристаллах на основе решения обратной задачи пироэффекта // Физико−математические науки. Физика. 2012. № 3 (23). C. 114—122.

13. Novik V. K., Gavrilova N. D. Low−temperature pyroelectricity // Phys. Solid State. 2000. V. 42, Iss. 6. P. 991—1008. DOI: 10.1134/1.1131338

14. Golitsyna O. M., Drozhdin S.N., Nikishina A. I. Polarization relaxation in Rochelle salt crystals // Phys. Solid State. 2007. V. 49, Iss. 10. P. 1953—1956. DOI: 10.1134/S106378340710023X

15. Novikov V. N., Novik V. K., Esengaliev A. B., Gavrilova N. D. Point defects and singularities of the low−temperature (T < 15 K) behavior of the pyroelectric coefficient and the spontaneous polarization of TGS, LiTaO3 and LiNbO3 // Ferroelectrics. 1991. V. 118, Iss. 1. P. 59—69. DOI: 10.1080/00150199108014745

16. Bogomolov A. A., Dabizha T. A., Malyshkina O. V. Nonlinear pyroeffect in unipolar DTGS crystals // Ferroelectrics. 1996. V. 186, Iss. 1. P. 1—4. DOI:10.1080/00150199608218019

17. Малышкина О. В. Пространственное распределение поляризации и пироэлектрический эффект в сегнетоактивных материалах: дисс. … д−ра физ.−мат. наук. Воронеж, 2009. 260 с.

18. Drozhdin S. N., Golitsyna O. M., Nikishina A. I., Kostsov A. M. Pyroelectric and dielectric properties of triglycine sulphate with an impurity of phosphorus (TGSP) // Ferroelectrics. 2008. V. 373, Iss. 1. P. 93—98. DOI: 10.1080/00150190802408804

19. Орешкин П. Т. Физика полупроводников и диэлектриков. М.: Высшая школа, 1977. 448 с.

20. Блистанов А. А., Козлова Н. С., Гераськин В. В. Явление электрохимического разложения полярных диэлектрических кристаллов (диплом № 216) / Сб. кратких описаний научных открытий. М.: Российская академия естественных наук, 2002. Вып. 2. С. 20.

21. Делимарский Ю. К., Марков Б. Ф. Электрохимия расплавленных солей. М.: Химия, 1960. 325 с.

22. Михайлова A. M. , Укше E. A. Электрохимические цепи с твердыми электролитами в системе серебро−комплексный йодный электрод // Электрохимия. 1987. Т. 23, № 5. С. 685—688.

23. Buzanov O. A., Zabelina E. V., Kozlova N. S., Sagalova T. B. Near−electrode processes in lanthanum−gallium tantalate crystals // Crystallogr. Rep. 2008. V. 53, N 5. P. 853—857. DOI: 10.1134/S1063774508050210

24. Kozlova A. P., Kozlova N. S., Anfimov I. M., Kiselev D. A., Bykov A. S. Lanthanum−gallium tantalate crystals and their electrophysical characterization // J. Nano− Electron. Phys. 2014. V. 6, N 3. P. 03034−1—03034−4.

25. Kozlova N. S., Buzanov O. A. Kozlova A. P., Anfimov I. M. Lanthanum−gallium tantalate crystals: surface processes and their effect on electrophysical properties // IOP Conf. Series: Materials Science and Engineering. 2015. V. 80. P. 012017−1—012017−4. DOI: 10.1088/1757-899X/80/1/012017

26. Желудев И. С. Физика кристаллических диэлектриков. М.: Наука, 1968. 464 с.

27. Переломова Н. В., Тагиева М. М. Кристаллофизика. Сборник задач с решениями. М.: МИСиС, 2013. 408 с.

28. Рез И. С., Поплавко Ю. М. Диэлектрики. Основные свойства и применение в электронике. М.: Радио и связь, 1989. 288 с.