Влияние неоднородностей структуры на свойства мультиферроиков PbFe0,5Nb0,5O3 и (1-x)BiFeO3-xMgFe2O4

Цель: установление закономерностей влияния неоднородностей структуры, таких как локальных полярных областей и кислородных вакансий, на диэлектрические, электрические и магнитные свойства мультиферроиков PbFe0,5Nb0,5O3 и (1-x)BiFeO3-xMgFe2O4. Задачи: 1. Отработать и определить оптимальные режимы синтеза керамических образцов PbFe0,5Nb0,5O3 и (1-х) BiFeO3 – xMgFe2O4. 2. Исследовать диэлектрические, электрические и магнитные свойства полученных образцов в зависимости от состава, температурного диапазона и частоты измерительного поля. Установить влияние неоднородностей структуры на эти свойства. 3. Определить механизм возникновения поляризации и её влияние на 1/f шум в области размытого фазового перехода в PbFe0,5Nb0,5O3. 4. Установить механизмы диэлектрической релаксации и электропроводности в смесевом композите (1-x)BiFeO3-xMgFe2O4. 5. Оценить роль фазы MgFe2O4 в антиферромагнитном упорядочении BiFeO3 в смесевом композите (1-x)BiFeO3 - xMgFe2O4. Основные результаты: 1. Для мультиферроика PbFe1/2Nb1/2O3 в области размытого фазового перехода 1-го рода определена температурная зависимость локального параметра порядка, свидетельствующая о том, что локальные полярные области начинают зарождаться не при температуре максимума диэлектрической проницаемости Тm = 106 0C, а при более высокой температуре Td ≈ 130 °С (температуре Бернса), при которой перестает выполняться линейный закон Кюри–Вейсса. 2. В мультиферроике PbFe1/2Nb1/2O3 с размытым сегнетоэлектрическим фазовым переходом из диэлектрических измерений установлено, что в области сосуществования полярной и неполярной фаз реализуется диэлектрический шум типа 1/f α. Анализ температурной зависимости параметра α, имеющей особенность при температуре Бёрнса, позволил заключить, что источником низкочастотного диэлектрического шума являются флуктуации спонтанной поляризации, связанные со случайными процессами зародышеобразования полярных областей и движения доменных границ в процессе термически активированного преодоления энергетических барьеров, создаваемых динамически разупорядоченными ионами. 3. Для смесевого магнитоэлектрического композита 0.85BiFeO3–0.15MgFe2O4 обнаружена диэлектрическая релаксация при температурах в области 20-230 0С. В дебаевском приближении оценены энергия активации релаксационного процесса и обратная частота попыток преодоления потенциального барьера, которые составили соответственно 0,54 эВ и 10-12 с. Влияние отжига образцов в восстановительной среде водорода на высоту и положение пика tgδ подтвердило предположение об определяющей роли кислородных вакансий в обнаруженном релаксационном процессе. Полученные экспериментальные результаты достаточно хорошо объясняются в рамках модели электростатического взаимодействия заряженных точечных дефектов кристаллической решетки (кислородных вакансий) с 900-ными сегнетоэлек-трическими доменными границами. 4. Температурные измерения сопротивления на постоянном токе образцов композита 0.85BiFeO3–0.15MgFe2O4 выявили необычный (позисторно-подобный) вид терморезистивной кривой вдали от температуры фазового перехода, который наблюдается лишь при первом нагреве и отсутствует при последующем охлаждении и нагреве. Позисторная аномалия сопровождается пиком на температурной зависимости тангенса угла диэлектрических потерь и резким спадом диэлектрической проницаемости. Отжиг образцов в восстановительной среде водорода приводит к росту позисторной аномалии на не-сколько порядков величины и ее сдвигу в область более низких температур. Сделан вывод о том, что позисторный эффект в изученных композитах обусловлен термически стимулированным заполнением ловушек на границах зерен керамики, связанным с кислородными вакансиями. 5. Исследован магнитный отклик в смесевых магнитоэлектрических ком-позитах (1-x)BiFeO3 – xMgFe2O4, где x = 0,01; 0,05; 0,1; 0,15 и 0,2. Сравнение концентрационных зависимостей магнитной проницаемости композитов, измеренных экспериментально и рассчитанных по формулам усреднения Луенга или Лихтенеккера, выявило влияние магнитной подсистемы феррита магния на феррит висмута, приводящее к частичному подавлению спин-модулированного упорядочения магнитного момента в BiFeO3 и возникновению вклада намагниченности феррита висмута в магнитный отклик композита. Это происходит в результате того, что спины антиферромагнитной гранулы композита, расположенной по соседству с ферримагнитной гранулой, на границе раздела связываются с ферримагнетиком через прямое обменное взаимодействие. 6. Обнаружено повышение температуры магнитного фазового перехода в BiFeO3 в зависимости от содержания фазы MgFe2O4 в смесевых магнитоэлектрических композитах (1-x)BiFeO3 – xMgFe2O4, где x = 0,01; 0,05; 0,1; 0,15 и 0,2. Повышение температуры Нееля объясняется тем, что спины антиферромагнетика, расположенного рядом с ферримагнетиком, на границе их раздела связываются с ферримагнетиком через прямое обменное взаимодействие, т.е. имеет место так называемый эффект близости ферримагнитной и антиферро-магнитной фаз.