КОПИЯ - Монокристаллы и пленочные структуры на основе новых органических сегнетоэлектриков и родственных материалов (промежуточный)

Объект исследования - новые органические сегнетоэлектрики и родственные материалы, обладающие высокими значениями спонтанной поляризации, диэлектрической проницаемости, пьезо-, пиро- и нелинейно-оптических коэффициентов. Цель исследования - изучениe сегнетоэлектрических и родственных явлений в органических и полуорганических системах. Для достижения цели использовались следующие методы: a) выращивание монокристаллов двухкомпонентных органических или полуорганических соединений, обладающих сегнетоэлектрическими, антисегнетоэлектрическими или сегнетоэластическими фазовыми переходами, или имеющих полярную группу симметрии при комнатной температуре; b) создание новых тонкопленочных структур - пленка/подложка на основе выращенных кристаллов; c) проведение структурных, диэлектрических, акустических исследований полученных кристаллов и пленок для определения механизмов фазовых превращений и формирования полярного состояния, выявления роли интерфейса пленка - подложка, особенностей доменной и блочной структуры, а также процессов переключения поляризации; исследование стабильности полученных структур и их устойчивости к внешним воздействиям (температура, давление, влажность и т.п.). В результате выполнения второго этапа проекта 2017 г. получены следующие результаты. 1) Выращены крупные (миллиметровых размеров) кристаллы органического сегнетоэлектрика 2-метилбензимидазола (MBI). По результатам рентгено-дифракционных исследований их кристаллическая структура описывается псевдотетрагональной группой симметрии, параметры решетки соответствуют литературным данным. 2) В полученных кристаллах MBI измерены петли диэлектрического гистерезиса при различных амплитудах электрического поля в диапазоне частот (30 - 200) Гц и в температурном интервале (290 - 390) К. Описание петель проведено в рамках частного случая модели Колмогорова - Аврами - Ишибаши (КАИ), в которой переключение поляризации определяется движением 1800 доменных стенок. 3) В пленках MBI, полученных методом испарения на различных подложках, измерены частотные (100 Гц - 1 MГц) и температурные (297 - 370) K зависимости емкости и тангенса диэлектрических потерь. Рассчитанные зависимости проводимости пленок по постоянному току от обратной температуры позволили определить величину энергии активации в 1 эв, которая близка к значениям для протонной проводимости вдоль цепочек c водородными связями в ряде сегнетоэлектрических кристаллов. 4) С помощью атомно-силовой микроскопии определены размеры кристаллитов, образующих сферолитные блоки в пленках MBI, обладающих текстурой с ориентацией псевдотетрагональной оси в плоскости пленки и оси типа [110] перпендикулярно плоскости пленки. 5) В пленках MBI исследованы частотные, температурные и амплитудные зависимости петель диэлектрического гистерезиса при переключении поляризации как в плоскости пленки, так и нормально к поверхности. Проведен анализ переключения поляризации в плоскости пленки в рамках частного случая модели КАИ, при учете сферолитной структуры блоков.6) Выращены кристаллы двухкомпонентных полуорганических и органических соединений: гистидинфосфит, саркозинскварат, глицин- и бетаин-марганецхлорид, а также мелкокристаллические двухкомпонентные органические соединения аминокислот глицин и бетаин с кроконовой кислотой. Получены результаты рентгено-дифракционных исследования их кристаллической структуры, данные об особенностях пьезоотклика и оптических спектрах на прохождение. 7) Методом электромеханического резонанса определены значения модуля Юнга и пьезоэлектрических коэффициентов, скорости упругих волн и коэффициенты электромеханической связи в кристаллах гистидинфосфита.