Спонтанная поляризация нестехиометричного сегнетоэлектрика NaNO₂ в области низких температур

Abstract

Представлены результаты измерений температурной зависимости пирозаряда нестехиометричного образца нитрита натрия z-среза в интервале температур 4,2–300 К. Полученные данные дополнены результатами измерения термостимулированной деполяризации (ТСД) в электрических полях разной величины и полярности. Все экспериментальные результаты положены в основу построения температурной зависимости спонтанной поляризации ∆Ps(T,U) и пироэлектрического коэффициента γ(U,T) при фиксированных внешних воздействиях. Установлено, что величина ∆Ps в образце нитрита натрия пренебрежимо мала при низких температурах вплоть до 40 К, что свидетельствует (при известных экспериментальных значениях величин коэффициентов линейного расширения) о незначительном вкладе пьезодеформации образца в cпонтанную поляризацию в этой области температур. Начиная с T = 75 К выявлен экспоненциальный рост вклада в суммарный заряд ТСД только дефектной подсистемы кристалла. По данным физических исследований предложена кристаллофизическая модель, отличающаяся от модели, представленной M. Lines и F. Glass. Из-за расщепления позиции ионов по всем трем подрешеткам при переходе в парaэлектрическую фазу кристалл NaNO₂ может быть отнесен к трехмерному классу сегнетоэлектриков по классификации S. Abrahams и E. Keve, что согласуется с приводимой в работе оценкой спонтанной поляризации Ps ∼ 0,01 Кл/м2 . Это существенно отличается от данных, полученных переполяризацией нестехиометричных образцов в сильных электрических полях вплоть до температуры фазового перехода

Представлено результати вимірювань температурної залежності пірозаряда нестехіометричного зразка нітриту натрію z-зрізу в інтервалі температур 4,2–300 К. Отримані дані доповнено результатами вимірювання термостимульованої деполяризації (ТСД) в електричних полях різної величини і полярності. Всі експериментальні результати покладено в основу побудови температурної залежності спонтанної поляризації ∆Ps(T,U) та піроелектричного коефіцієнта γ(U,T) при фіксованих зовнішніх впливах. Встановлено, що величина ∆Ps в зразку нітриту натрію є малою величиною при низьких температурах аж до 40 К, що свідчить (при відомих експериментальних значеннях величин коефіцієнтів лінійного розширення) про незначний внесок п’єзодеформації зразка в cпонтанну поляризацію в цій області температур. Починаючи з Т = 75 К виявлено експоненціальне зростання внеску в сумарний заряд ТСД тільки дефектної підсистеми кристала. За даними фізичних досліджень запропоновано кристалофізичну модель, що відрізняється від моделі M. Lines та F. Glass. Через розщеплення позиції іонів по всім трьом підграткам при переході в параелектричну фазу кристал NaNO₂ може бути віднесений до тривимірного класу сегнетоелектриків за класифікацією S. Abrahams та E. Keve, що узгоджується з приведеною в роботі оцінкою спонтанної поляризації Ps ∼ 0,01 Кл/м2 . Це істотно відрізняється від даних, отриманих переполяризацією нестехіометричних зразків в сильних електричних полях аж до температури фазового переходу.

We report measurements of the temperature dependence of the pyroelectric charge in a nonstoichiometric z-cut sample of sodium nitrite in the temperature range 4.2–300 K. The obtained data are supplemented by the measurements of thermally stimulated depolarization (TSD) in electric fields of different magnitudes and polarities. All the experimental results serve as the basis for constructing the temperature dependence of the spontaneous polarization ΔPs(T,U) and the pyroelectric coefficient γ(U,T) for fixed external stimuli. It is found that the value of ΔPs in the sample of sodium nitrite is negligible at low temperatures, up to 40 K. This indicates (for known experimental values of the linear expansion coefficients) a minor contribution of the sample piezoelectricity to the spontaneous polarization in this temperature range. Starting from T = 75 K, an exponential increase in the contribution to the total charge of the TSD is found only in the defect subsystem of the crystal. Based on the data of physical studies, a crystal-physics model is proposed, which differs from the model presented by Lines and Glass. Due to the splitting of ion positions in all three sublattices upon the transition to the paraelectric phase, NaNO2 crystals can be assigned to the three-dimensional type of ferroelectrics, according to the classification by Abrahams and Keve. This agrees with the estimate of the spontaneous polarization Ps ∼ 0.01 C/m2 given in the paper. This value is significantly different from the data obtained by repolarization of nonstoichiometric samples in strong electric fields up to the phase transition temperature.