Том 68, № 5 (2023)

Акустооптическое (АО) взаимодействие в оптически двуосных кристаллах представляет большой интерес благодаря разнообразию геометрий фазового синхронизма, обусловленному низкой симметрией акустических, оптических и фотоупругих свойств. Описано современное состояние исследований в области акустооптики двуосных кристаллов. Рассмотрены некоторые перспективные двуосные кристаллы орторомбической и моноклинной систем, представляющие практический интерес для создания АО-устройств. Проанализированы уникальные геометрии изотропной и анизотропной дифракции, существующие только в двуосных кристаллах, и приведен краткий обзор АО-приборов, созданных на основе таких кристаллов.

Обсуждается обнаруженное явление понижения симметрии кристаллической структуры тонких, менее миллиметра, пластинок и брусков монокристаллов титаната стронция SrTiO₃, проявляющееся в спектрах электронного парамагнитного резонанса примесных центров ионов Fe³⁺ и Mn⁴⁺, использованных в качестве парамагнитных зондов. Показано, что понижение симметрии наблюдается при температурах T > 105 K, обычно отвечающих кубической фазе SrTiO₃, и приводит к формированию тетрагональной неполярной структуры, отличной от антиферродисторсной фазы D¹⁸_4h, характерной для титаната стронция при T < 105 K и не наблюдавшейся ранее в SrTiO₃. Установлено, что факторами, определяющими величину искажения, являются геометрия и соотношение размеров образцов, качество обработки поверхностей и кристаллографическая ориентация пластинок.

Представлены результаты исследований структуры сегнетоэлектриков-релаксоров PbNi_1/3Ta_2/3O₃ (PNT) с помощью порошковой рентгеновской дифракции. Измерения проводились при температуре 313.5 ± 1 K на порошке, приготовленном перетиранием из выращенных методом спонтанной кристаллизации монокристаллов PNT. Уточнение структуры и подгонка теоретически рассчитанной дифрактограммы к экспериментальной проводились методом Ритвельда. Показано, что выращенные кристаллы PNT имеют структуру перовскита (пр. гр. Pm\(\bar {3}\)m (221), a = 4.02679(2) Å). Поляризованные спектры комбинационного рассеяния PNT получены при комнатной температуре. Предложено соотнесение основных мод спектров рассеяния света с Е₁- и А₁-компонентами поперечного оптического фонона (ТО1) и А₁-компонентой продольного оптического фонона (LO3). На температурной зависимости диэлектрической проницаемости наблюдается широкая частотно-зависимая аномалия с максимумом в районе 89 К на частоте 1 кГц.

Методом гармонического анализа исследован процесс переполяризации кристалла Rb₂ZnCl₄ в несоразмерной фазе вблизи сегнетоэлектрического фазового перехода (ФП) под действием гармонического электрического поля. В процессе переполяризации исследуемого образца под действием гармонического электрического поля происходят индуцированный электрическим полем ФП из несоразмерной фазы в сегнетоэлектрическую фазу и ФП из индуцированной электрическим полем сегнетоэлектрической фазы обратно в несоразмерную фазу. Исследование активных и реактивных вкладов в амплитуды гармоник плотности тока позволило установить величины текущих значений напряженности гармонического электрического поля, при которых происходят соответствующие ФП.

Исследованы эффекты воздействия постоянного магнитного поля на макро- и наноскопические свойства кристаллов триглицинсульфата (TGS) с примесью хрома (TGS-Cr). Работа продолжает выполненные ранее исследования магнитоиндуцированных эффектов в сегнетоэлектриках. Особенность кристаллов TGS – рельеф наноскопического масштаба на полярном (010) сколе; нанорельеф является качественной характеристикой дефектной структуры кристалла. Показано, что экспозиция кристалла в магнитном поле 2 Тл приводит к изменению диэлектрических свойств, сопровождаемому долговременной трансформацией нанорельефа. Полученные результаты свидетельствуют о магнитоиндуцированном изменении дефектной структуры кристалла. Обнаружено качественное различие магнитоиндуцированных эффектов в кристаллах TGS-Cr и нелегированных кристаллах TGS. Обсуждается связь магнитоиндуцированных эффектов со структурными дефектами.

Одной из наиболее важных особенностей релаксоров является возможность индуцирования устойчивой сегнетоэлектрической фазы путем приложения электрического поля. Такого рода индуцированный фазовый переход многократно исследовался, в том числе прослеживались изменения структуры в процессе перехода и его кинетика. Однако процессы, происходящие при электрическом переключении, остаются малоизученными, а структурная перестройка в процессе переключения вообще не исследовалась. Для заполнения этого пробела прослежена временная эволюция картины брэгговского и диффузного рентгеновского рассеяния классического релаксора PbMg_1/3Nb_2/3O₃ при T = 175 К в процессе многократного переключения направления постоянного внешнего поля E = ± 6.25 кВ/см. Показано, что после включения поля происходит распад стеклоподобного состояния и формируется смешанная сегнето-стекольная фаза. При переключении знака поля наблюдается рост дипольно-стекольных корреляций, однако не обнаружены признаки возникновения неоднородного состояния, содержащего ограниченные области дипольно-стекольной и сегнетоэлектрической фаз. При переключении в первоначальное направление поля происходит быстрое формирование сегнетофазы, роста дипольно-стекольных корреляций не выявлено. При повторном переключении наблюдается уменьшение интенсивности брэгговского рассеяния, связанного с дальним порядком. Этот эффект можно предположительно связать с возникновением случайных слабо скоррелированных ионных смещений, нарушающих дальний порядок.

Прямое прорастание доменов в полярном направлении исследовано на примере формирования изолированных клиновидных доменов и массивов доменов на неполярных срезах ниобата лития при приложении электрического поля зондом сканирующего зондового микроскопа. Рост доменов происходит за счет генерации ступеней и движения заряженных кинков вдоль заряженных доменных стенок. Моделирование пространственного распределения поля показало, что генерация ступеней вблизи вершины домена в основном вызвана воздействием внешнего поля, а прямое прорастание обусловлено движением кинков в поле, создаваемом соседними кинками. Сканирование зондом с приложенным напряжением приводит к самоорганизованному формированию массивов доменов с чередованием длин: удвоением, учетверением и хаотическим поведением под действием деполяризующих полей, создаваемых тремя соседними доменами.

Представлены данные рентгеновских и мессбауэровских исследований мультиферроиков BiFeO₃, Bi_0.95Sr_0.05FeO_{3 – y} и Bi_0.90Sr_0.10FeO_{3 – y} при комнатной температуре, полученных методом твердофазного синтеза. Кристаллическая структура образцов ромбоэдрическая, пр. гр. R3c. Параметр решетки a_h не изменяется, а параметр c_h уменьшается при увеличении количества стронция. Мессбауэровские спектры ядер ⁵⁷Fe, измеренные при температуре 295 К, расшифровывали в рамках модели пространственной спин-модулированной структуры циклоидного типа. Установлено, что в исследованных мультиферроиках реализуется магнитная анизотропия типа “легкая ось”. Измерен параметр ангармоничности m спин-модулированной структуры. При малых замещениях (x = 0–0.10) трехвалентных ионов Bi³⁺ двухвалентными ионами Sr²⁺ параметр m увеличивается более чем в 3 раза – от 0.10(4) (при x = 0.00) до 0.36(10) (при x = 0.10).

Исследованы гетероструктуры Fe/BaTiO₃, Fe/SrTiO₃, Co/BaTiO₃, Co/SrTiO₃, в которых проявляется магнитоэлектрический эффект. Показано, что с помощью внешнего электрического поля можно управлять магнитными свойствами тонких ферромагнитных пленок. При использовании методов расчетов из первых принципов исследованы структурные, электронные и магнитные свойства гетероструктур. Показано, что с помощью обратного пьезоэффекта можно уменьшить абсолютное значение вектора намагниченности ферромагнетика. Такой подход может стать основой для управления свойствами одного из ферромагнитных слоев сверхпроводящего спинового клапана и, как следствие, сверхпроводящими свойствами клапана.

Методом твердофазного синтеза получены однофазные керамические образцы новых составов (Na_{1 – х}Sr_х)_0.5Bi_0.5TiO₃ (x = 0–0.5), в том числе модифицированные добавками оксидов SiO₂ и ZnO, и изучены их кристаллическая структура, микроструктура, диэлектрические, нелинейные оптические и локальные пьезоэлектрические свойства. Установлены формирование фазы со структурой перовскита с псевдокубической элементарной ячейкой во всех синтезированных образцах и увеличение объема ячейки в результате частичного замещения катионов структуры перовскита. Выявлено снижение температуры сегнетоэлектрических фазовых переходов, подтвержденных методами диэлектрической спектроскопии и генерации второй гармоники лазерного излучения, в тетрагональную параэлектрическую фазу. Для синтезированных образцов в режиме переключения поляризации получены остаточные петли пьезоэлектрического гистерезиса, подтверждающие переключение сегнетоэлектрической поляризации.

Обсуждаются диэлектрические свойства сегнетоэлектрических композитов и особенности протекания фазовых переходов в них в сравнении с внедряемыми в исследуемые композиты однородными сегнетоэлектриками. В качестве внедряемых в диэлектрическую матрицу сегнетоэлектриков рассматриваются триглицинсульфат, монокристаллы группы дигидрофосфата калия, нитрит натрия и перовскитоподобные материалы. Выявляются и обсуждаются факторы, изменяющие температурный интервал существования полярной фазы в рассматриваемых сегнетоэлектрических композитах. Кратко описаны результаты проведенных в этой области исследований. Работы с материалами, используемыми в качестве сегнетоэлектрических внедрений в указанных композитах, проводились в содружестве и под руководством Льва Александровича Шувалова.