Влияние катионного замещения на спектральный отклик и кристаллическую структуру потенциальных сегнетоэлектриков

Исследована система керамических образцов твердых растворов на основе титаната стронция, допированного барием BaxSr1-xTiO3 (x = 0, 0,05, 0.01, 0,015, 0.02), методами рентгеновской дифракции, спектроскопии комбинационного рассеяния света и терагерцовой спектроскопии в широком диапазоне температур 4-300 К. Анализ рентгеноструктурных данных показал, что при температурах выше 250 К все керамики BaxSr1-xTiO3 находятся в кубической фазе. Установлено, что при 100 К керамические образцы SrTiO3 и Ba0.01Sr0.99TiO3 имеют тетрагональную симметрию, а в составе Ba0.02Sr0.98TiO3 происходит фазовый переход при температуре около 100 К. Показано, что при охлаждении в спектрах КРС на частотах ~140 и ~440 см-1 возникают узкие линии B2g и Eg из R-точки зоны Бриллюэна, что указывает на мультипликацию элементарной ячейки, то есть на структурный фазовый переход из кубической фазы в тетрагональную. Согласно данным КРС-спектроскопии, в «чистой» керамике состава SrTiO3 фазовый переход происходит при температуре около 110 К, а в твердых растворах Ba0.01Sr0.99TiO3 и Ba0.02Sr0.98TiO3 при температурах около 120 К и 140 К, соответственно. Обнаружено, что в спектрах КРС керамик составов BaxSr1-xTiO3 возникают запрещенные полярные моды TO2 и TO4 на частотах ~170 и ~540 см-1, соответственно. Анализ температурных параметров полярных мод спектров КРС выявил наличие резкого скачка интенсивности линий TO2 и TO4 в чистой керамике SrTiO3 при температуре около 110 К, а в твердых растворах Ba0.01Sr0.99TiO3 и Ba0.02Sr0.98TiO3при температурах около 120 К и около140 К, соответственно. Присутствие полярных линий в спектрах КРС керамик составов BaxSr1-xTiO3 в предполагаемой параэлектрической фазе указывает на наличие полярных областей, которые расширяются при достижении критической температуры, зависящей от концентрации бария. Температурное поведение терагерцовых спектров пропускания приготовленных плоскопараллельных образцов обнаруживает смещение осцилляционных интерференционных пиков в область низких частот, что указывает на мягкомодовое поведение сегнетоэлектрической линии TO1. Анализ квадрата частоты мягкой моды указывает на то, что макроскопический фазовый переход в керамиках BaxSr1-xTiO3 не происходит вплоть до температуры 4 К.