Спонтанная поляризация и пироэлектрический эффект в несобственных сегнетоэлектриках-сегнетоэластиках Gd₂(MoO₄)₃ и Tb₂(MoO₄)₃ в области низких температур

Abstract

Приведенные в статье экспериментальные зависимости изменения спонтанной поляризации ΔРs(Т) и пироэлектрического коэффициента γs(Т) для Gd₂(MoO₄)₃ (GMO) и Tb₂(MoO₄)₃ (ТМО) в области низких температур отличны от известных, характерных для собственных сегнетоэлектриков. Выявлено принципиальное различие в поведении образцов GMO и ТМО при их переполяризации при фиксированных температурах 300 и 4,2 К. Если в случае ТМО величина температуры монодоменизации практически не влияет на результаты измерений, то в GMO обнаружено принципиальное отличие: монодоменизация последнего при 4,2 К приводит к возрастанию на порядок величины ΔРs при Т > 85 К, а на зависимости γs(Т) наблюдаются четко выраженные аномалии, для одной из которых максимум пирокоэффициента достигает рекордного значения 3⋅10⁻⁴Кл/(м²⋅К) (Т = 25 К). При Т = 200 К значения пирокоэффициентов равны –1,45 и –1,8 в единицах 10⁻⁶ Кл/(м²⋅К). По этим результатам с учетом известных данных о трансформации структуры в плоскости (001) типа вращения и соображений симметрии предложена кристал-лофизическая модель несобственного сегнетоэлектрика типа GMO, образованная четырьмя мезотетраэдрами, каждый из которых собран из трех разнотипных (a, b, c) координационных тетраэдров МО₄. В рамках этой модели придан физический смысл коэффициенту псевдодевиатора Q₁₂* инициирующему фазовый переход при Т > 433 К из одной нецентросимметричной фазы (mm2) в другую (42m).

Експериментальні залежності зміни спонтанної поляризації ΔРs(Т) та піроелектричного коефіцієнта γs(Т) щодо Gd₂(MoO₄)₃ (GMO) та Tb₂(MoO₄)₃ (ТМО), які приведено в статті, в області низьких температур відмінні від відомих, характерних для власних сегнетоелектриків. Виявлено принципову відмінність в поведінці зразків GMO та ТМО при їх переполяризації при фіксованих температурах 300 та 4,2 К. Якщо у разі ТМО величина температури монодоменізації практично не впливає на результати вимірів, то в GMO виявлено принципову відмінність: монодоменізація останнього при 4,2 К призводить до зростання на порядок величини ΔРs при Т > 85 К, а на залежності γs(Т) спостерігаються чітко виражені аномалії, для однієї з яких максимум пірокоефіцієнта досягає рекордного значення 3⋅10⁻⁴ Кл/(м²⋅К) (Т = 25 К). При Т = 200 К значення пірокоефіцієнта дорівнюються –1,45 та –1,8 в одиницях 10⁻⁶ Кл/(м²⋅К). За цими результатами з урахуванням відомих даних щодо трансформації структури в площині (001) типу обертання та міркувань симетрії запропоновано кристалофізичну модель невласного сегнетоелектрика типу GMO, яка утворена чотирма мезотетраедрами, кожен з яких зібраний з трьох різнотипних (a, b, c) координаційних тетраедрів МО₄. У рамках цієї моделі надано фізичний сенс коефіцієнту псевдодевіатора Q₁₂* що ініціює фазовий перехід при Т > 433 К з однієї нецентросиметричної фази (mm2) в іншу (42m).

Experimental dependencies for spontaneous polarization ΔРs(Т) and pyroelectric coefficient γs(Т) for Gd₂(MoO₄)₃ (GMO) and Tb₂(MoO₄)₃ (ТМО) re-ported here differs from those for intrinsic ferroelectrics. We found fundamental distinction in GMO and TMO samples behavior at their repolarization at the fixed temperatures 300 and 4.2 K. In TMO monodomainization temperature does not affect experimental data, while in GMO monodomainization at 4.2 K results in increase of ΔРs(Т) by order of magnitude at 85 K and γs(Т) dependence shows well-defined anomalies, reaching a record magnitude of 3⋅10⁻⁴ C/(m²⋅К) at T = = 25 K. At T = 200 K the pyroelectric coefficients values are –1.45⋅10⁻⁶ C/(m²⋅К) and –1.8⋅10⁻⁶ C/(m²⋅К). Taking into account our data, results related to trans-formation of structure in (001) plane and symmetry reasons we suggested crystallographic model of GMO type improper ferroelectric. It is formed by four meso-tetrahedrons constructed of three coordination tetrahedrons MO₄ (a, b and c types). In the framework of this model we discuss the physical meaning of pseudodeviator Q₁₂* coefficient, that initiate the phase transition at Т > 433 К from noncentrosymmetric phase (mm2) to another one (42m).