Спонтанная поляризация нестехиометричных кристаллов LiIO₃ в области низких температур

Abstract

Приведены результаты измерений суммарного заряда Q(T) = S∆Ps(Т) в нестехиометрических образцах LiIO₃ z-среза в интервале температур 4,2–300 К. Приведенная информация была дополнена данными термостимулированной деполяризации, индуцированной внешним электрическим полем разной величи- ны и полярности. При Т свыше 130 К обнаружены аномалии зависимости ∆Ps (Т,U), обусловленные, как правило, отклонением состава кристалла от стехиометрии. Возможная природа нестехиометрии была уточнена по данным магнитных измерений, позволивших обнаружить межузельный литий ниже 100 К, а также два парамагнитных ассоциата при 25 и 50 К неизвестной природы. Повышение температуры при- водит к ионизации межузельного лития с образованием ионов Li⁺ и ассоциатов (VO⁺2e )⁻ and ( VO⁺⁺ VLi⁻)⁺ ответственных за ионную проводимость. В режиме измерения заряда при Т > 140 К не исключена возможность образования ассоциатов другого типа Li ( , Li ), V − + обладающих дипольным моментом и ориен- тируемых в направлении, обратном к ∆Ps. Показано, что в ограниченном интервале температур от 18 до 35 К зависимость ∆Ps от температуры ~ Т 4 соответствует теории М. Борна. Обнаружены значительные флуктуации пирокоэффициента, связанные, на первый взгляд, с разупорядочением кристаллической структуры нестехиометричного образца, приводящим к распределению времен релаксации элементов дефектной подсистемы.

Приведено результати вимірів сумарного заряду Q(T) = S∆Ps(Т) в нестехіометричних зразках LiIO3 z-зрізу в інтервалі температур 4,2–300 К. Приведену інформацію було доповнено даними термостимульованої деполяризації, яка індукується зовнішнім електричним полем різної величини та полярності. При Т понад 130 К виявлено аномалії залежності ∆Ps (Т,U), які обумовлені, як правило, відхиленням складу кристала від стехіометрії. Можливу природу нестехіометрії було уточнено за даними магнітних вимірів, що дозволили виявити міжвузельний літій нижче 100 К, а також два парамагнітні асоціати при 25 та 50 К невідомої природи. Підвищення температури призводить до іонізації міжвузельного літію з утворенням іонів Li+ та асоциатів (VO⁺2e )⁻, ( VO⁺⁺ VLi⁻)⁺ які відповідальні за іонну провідність. У режимі виміру заряду при Т > 140 К не є виключеною можливість утворення асоциатів іншого типу (VLi⁻, L⁺i), що мають дипольний момент та орієнтовані в напрямі, зворотному до ∆Ps. Показано, що в обмеженому інтервалі температур від 18 до 35 К залежність ∆Ps від температури ~ Т 4 відповідає теорії М. Борна. Виявлено значні флуктуації пірокоефіцієнта, які пов'язані, на перший погляд, з розупорядкуванням кристалічної структури нестехіометричного зразка, що призводить до розподілу часів релаксації елементів дефектної підсистеми.

Measurements of the total charge Q( T) = SΔPs( T) in non-stoichiometric z-cut LiIO₃ samples in the temperature range of 4.2–300 K were reported. The measurements were supplemented with the data on thermally stimulated depolarization induced by an external electric field of different magnitude and polarity. For T > 130 K, anomalies in the Δ Ps( T, U) dependence were observed, which are commonly caused by the deviation of the crystal composition from stoichiometry. The possible nature of the non-stoichiometry was clarified with magnetic measurements, which allowed us to detect interstitial Li below 100 K, as well as two paramagnetic associates of unknown nature at 25 K and 50 K. Increasing temperature led to ionization of lithium with formation of Li ⁺ ions and associates, (VO⁺2e )⁻, ( VO⁺⁺ VLi⁻)⁺, responsible for ionic conductivity. It cannot be excluded that during the charge measurements at T > 140 K the associates of a different type (VLi⁻, Li⁺) are formed, which possess a dipole moment and can be oriented opposite to Δ Ps. It was shown that in a limited temperature range from 18 K to 35 K, the temperature dependence of Δ Ps ∼ T⁴ agrees with the Born theory. Considerable fluctuations of the pyroelectric coefficient were observed, which were presumably related with the disorder of the crystal structure of the non-stoichiometric sample leading to the distribution of relaxation times of the elements of the defect subsystem.