Научный журнал

Современные наукоемкие технологии

ISSN 1812-7320

"Перечень" ВАК

ИФ РИНЦ = 0,940

• Авторы
• Файлы

Барышников А.С. Санов В.В.

Статья в формате PDF

184 KB

Эффекты, величина которых зависит от направления и значения спонтанной поляризации, можно разделить на два класса: это эффекты первого порядка, такие как пьезоэффект, пироэффект, и эффекты более высоких порядков, когда спонтанная поляризация влияет на другие физические величины - электропроводность, теплопроводность, термо-эдс и т.д. Если эффекты первого типа достаточно хорошо изучены, то эффектам второго типа посвящено сравнительное небольшое число работ [1-3].

Соединения A⁴B⁶ являются одновременно сегнетоэлектриками и узкощельными полупроводниками, что не позволяет напрямую наблюдать эффекты первого типа. В [1] была предложена методика поляризации кристаллов и керамики теллурида германия с использованием градиента температур и механических напряжений. В [2,3] были обнаружены эффекты, обусловленные наличием спонтанной поляризации в GeTe, такие как полярная теплопроводность и полярная термо-э.д.с.

Для исследования полярных эффектов вблизи сегнетоэлектрического фазового перехода наиболее перспективны твердые растворы Pb_1-xGe_xTe, в которых изменением состава можно плавно смещать фазовый переход [4], а легирование галлием приводит к возникновению глубокого примесного уровня ян-теллеровского типа, что приводит к значительному падению проводимости в области низких температур.

Целью данной работы являлось исследование термо-эдс в Pb_0,95Ge_0,05Te в районе сегнетоэлектрического фазового перехода в зависимости от того, поляризован образец или нет.

В работе использовались поликристаллические образцы Pb_0,95Ge_0,05Te с добавкой Ga 1,5 Ат %. Концентрация носителей, определенная из постоянной Холла, составляла ~10¹⁷ см^-3 при 300 К и 2*10¹⁴ см^-3 при 77 К. Образцы имели форму параллелепипеда с размерами 4´4´15 мм, в качестве электродов использовалась индий - галлиевая паста.

Наличие относительно низкой проводимости и высоких значений диэлектрической проницаемости вблизи фазового перехода позволяет определять диэлектрическую проницаемость непосредственно из ёмкости образца [5]. Диэлектрические измерения проводились на частоте 1 МГц с помощью цифрового измерителя импеданса Е7-12. Температура сегнетоэлектрического фазового перехода для исследуемых образцов составила Т_c » 132 K.

Для создания частичной поляризации охлаждение образца через фазовый переход осуществлялось с градиентом температуры порядка 30-40 К, который создавался градиентной печкой [1-2]. После охлаждения образец выдерживался некоторое время для устранения градиента температур при температуре 77 К, после чего производился медленный нагрев с малым градиентом (1-4 К). Для измерения температур на концах образца использовались медь-константановые термопары. Измерения напряжения и разности температур проводились в автоматизированном режиме с использованием цифровых приборов Щ68003 и Ф-266. Сигналы с приборов через карту Advantech PCL-812PG вводились в персональный компьютер, рассчитывавший усредненные значения искомых величин по десяти измерениям. Для построения экспериментальной кривой в температурном интервале 77-250 К проводилось порядка 10³ измерений.

На рис.1 приведена температурная зависимость разности термокоэффициентов (a₂-a₁) для поляризованного и неполяризованного образцов. Как следует из рисунка, поляризация образца влияет на термоток в Pb_0,95Ge_0,05Te. Результаты эксперимента можно свести к следующему: ниже фазового перехода в сегнетофазе для поляризованных образцов кроме классической термо-э.д.с. появляется дополнительная составляющая, не зависящая от знака градиента температуры. Немного выше фазового перехода (~10K) эта составляющая исчезает. По величине дополнительный сигнал соизмерим с сигналом термо-э.д.с. и может превосходить его.

Такой результат может объясняться существованием полярной термо-э.д.с. Как следует из [4], величина термотока определяется соотношением:

,

где  - некоторый коэффициент, определяемый симметрией кристалла, v₁₂ - межзонная скорость электрона,  - усредненное по зоне значение ширины запрещенной зоны, Ф_о - электронный параметр порядка, пропорциональный P_s, ω_о - частота мягкой моды, m* - эффективная масса, n_o - концентрация носителей. В первом приближении эта зависимость ложится на экспериментальную кривую, хотя в связи с неопределенностью некоторых параметров однозначно утверждать, что мы имеем дело с полярной термо-э.д.с., нельзя. К такому эффекту может привести и проявление классического пироэффекта.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:

1. Girshberg Ya. G., Kalimullin R.Kh., Egorov V.A., Bursian E.V //Sol. State. Communs. - 1985. - V.53. - P.633-636.
2. Бурсиан Э.В., Гиршберг Я.Г., Калимуллин Р.Х., Клецкин А.В., Харионовский Ю.С //ФТТ. - 1985. - Т.27, № 9. - С.2825-2826.
3. Бурсиан Э.В., Гиршберг Я.Г. Когерентные эффекты в сегнетоэлектриках. - М.: Прометей, 1989. - 198 с.
4. Бушмарина Г.С., Грузинов Б.Ф., Драбкин И.А., Лев Е.Я., Нельсон И. В. //ФТП. 1977. Т.11. №10. С.1874.
5. Maslov V.V., Baryshnikov S.V., Copelevich Ya.V.//Ferroelectrics. 1982. V.45. P.51.

Библиографическая ссылка

ПРОЯВЛЕНИЕ ПОЛЯРНОЙ ТЕРМО-ЭДС В Pb_xGe_1-xTe