1. На главную
  2. Электронные версии
  3. Физика и химия стекла
  4. T. 49, № 4, 2023

Физика и химия стекла, 2023, T. 49, № 4, стр. 417-431

Влияние беспорядка в структуре сегнетоэлектрического композитного материала xPbSe·(1 – x)PbSeO3 на размытость фазового перехода

В. В. Томаев 1, 2, *, Д. П. Данилович 1, С. С. Прошкин 3, **

1 Санкт-Петербургский государственный технологический институт (технический университет)
190013 Санкт-Петербург, Московский проспект, 26, Россия

2 Санкт-Петербургский горный университет
199106 Санкт-Петербург, 21-я линия, д. 2, Россия

3 Санкт-Петербургский государственный университет аэрокосмического приборостроения
190000 Санкт-Петербург, ул. Большая Морская, д. 67, лит. А, Россия

* E-mail: tvaza@mail.ru
** E-mail: stach@mail.ru

Поступила в редакцию 30.05.2022
После доработки 27.02.2023
Принята к публикации 06.04.2023

Аннотация

В работе проведен анализ экспериментальных и теоретических исследований проблемы размытого фазового перехода в композитном материале xPbSe·(1 – x)PbSeO3, где х изменяется от 0 до 1. Уменьшение устойчивости селенида свинца (PbSe) достигнуто путем его окисления кислородом воздуха и образованием сегнетоэлектрической разупорядоченной моноклинной фазы селенита свинца (PbSeO3). Механизм окисления селенида свинца кислородом воздуха изучен методами рентгеновской дифрактометрии, оптического отражения в инфракрасной области спектра, рентгеновского эмиссионного анализа (метод химического сдвига), ядерного магнитного резонанса, исследования проводимости на переменном и постоянном токах, дифференциальной сканирующей калориметрии, другими методами. Причина размытости фазового перехода в композите xPbSe·(1 – x)PbSeO3, проанализирована на основании полученных экспериментальных данных.

Ключевые слова: селенид свинца, селенит свинца, размытие фазового перехода, структурный беспорядок, сегнетоэлектрик, закон Кюри–Вейса, композитный материал, кубическая фаза, моноклинная фаза

Список литературы

  1. Zhang, S. High entropy design: a new pathway to promote the piezoelectricity and dielectric energy storage in perovskite oxides // Microstructures. 2023. V. 3. P. 2023003.

  2. Ding, W., Lu J., Tang X., Kou L., Liu L. Ferroelectric Materials and Their Applications in Activation of Small Molecules // ACS Omega. 2023. V. 8. № 7. P. 6164–6174.

  3. Mikolajick, T., Slesazeck S., Mulaosmanovic H., Park M.H., Fichtner S., Lomenzo P.D., Hoffmann M., Schroeder U. Next generation ferroelectric materials for semiconductor process integration and their applications // J. Appl. Phys. 2021. V. 129. № 11. P. 100901.

  4. Mustafaev A.S., Yarygin V.I., Soukhomlinov V.S., Tsyganov A.B., Kaganovich I.D. Nano-size effects in graphite/graphene structure exposed to cesium vapor // J. Applied Physics. 2018. V. 124. № 12. P. 1–10.

  5. Sukhomlinov V.S., Mustafaev A.S., Koubaji H., Timofeev N.A., Murillo O. Kinetic theory of instability in the interaction of an electron beam and plasma with an arbitrary anisotropic electron velocity distribution function // New J. Physics. 2021. V. 23. № 12. P. 1–23.

  6. Sukhomlinov V.S., Mustafaev A.S., Zaitsev A., Timofeev V.A. Influence of Beam and Plasma Noise on the Instability of the “Fast Electron Beam–Confined Collisional Plasma” System. Kinetic Consideration // J. Physical Society of Japan. 2022. V. 2. № 91. P. 1–16.

  7. Egorova A.Yu., Lomakina E.S., Popova A.N. Determination of the composition of chalcogenid glasses AsxSe1 –x by the method of X-ray fluorescent analysis // J. Physics: Conference Series. 2019. V. 1384. 012009 IOP Publishing

  8. Kuroiwa Y., Kim S., Fujii I., Ueno S., Nakahira Y., Moriyoshi C., Sato Y., Wada S. Piezoelectricity in perovskite-type pseudo-cubic ferroelectrics by partial ordering of off-centered cations // Communications Materials. 2020. V. 1. № 71. P. 1–8.

  9. Ivanov S.A., Stash A.I., Riekehr L., Chen Y.S., Ye Z.G. Structure of Pb(Fe2/3W1/3)O3 single crystals with partial cation order // Scientific Reports. 2020. V. 10. № 1. P. 1–15.

  10. Hou Y., Wu C., Yang D., Ye T., Honavar V.G., van Duin A.C.T., Wang K., Priya S. Two-dimensional hybrid organic–inorganic perovskites as emergent ferroelectric materials // J. Appl. Phys. 2020. V. 128. № 6. P. 1–17.

  11. Celano U., Gomez A., Piedimonte P., Neumayer S., Collins L., Popovici M., Florent K., McMitchell S.R.C., Favia P., Drijbooms Ch., Bender H., Paredis K., Di Piazza L., Jesse S., Houdt J.V., van der Heide P. Ferroelectricity in Si-Doped Hafnia: Probing Challenges in Absence of Screening Charges // Nanomaterials. 2020. V. 10. № 8. P. 1–15.

  12. Kvyatkovskii O.E. Point Defects in Ferroelectrics with Perovskite Structure // Bulletin of the Russian Academy of Sciences: Physics. 2010. V. 74. № 9. P. 1190–1197.

  13. Tyunina M. Oxygen Vacancies in Perovskite Oxide Piezoelectrics // Materials. 2020. V. 13. № 24. P. 1–11.

  14. Xu L., Wang Z., Su B., Wang C., Yang X., Su R., Long X., He C. Origin of Structural Change Driven by A-Site Lanthanide Doping in ABO3-Type Perovskite Ferroelectrics // Crystals. 2020. V. 10. № 6. 434. P. 1–12.

  15. Setter N., Damjanovic D., Eng L., Fox G., Gevorgian S., Hong S., Kingon A., Kohlstedt H., Park N.Y., Stephenson G.B., Stolitchnov I., Taganstev A.K., Taylor D.V., Yamada T., Streiffer S. Ferroelectric thin films: Review of materials, properties, and applications // J. Appl. Phys. 2006. V. 100. № 5. P. 1–46.

  16. Smidt T.E., Mack S.A., Reyes-Lillo S.E., Jain A., Neaton J.B. An automatically curated first-principles database of ferroelectrics // Sci. Data. 2020. V. 7. № 1. P. 1–22.

  17. Mozetiĉ M. Surface Modification to Improve Properties of Materials // Materials. 2019. V. 12. № 3. P. 1–8.

  18. Acharya M., Mack S., Fernandez A., Kim J., Wang H., Eriguchi K., Meyers D., Gopalan V., Neaton J., Martin L.W. Searching for New Ferroelectric Materials Using High-Throughput Databases: An Experimental Perspective on BiAlO3 and BiInO3 // Chem. Mater. 2020. V. 32. P. 7274–7283.

  19. Tomaev V.V. Ferroelectric Phase Transition in the PbSe + PbSeO3 Composite // Glass Physics and Chemistry. 2009. V. 35. № 6. P. 660–667.

  20. Si M., Saha A.K., Gao S., Qiu G., Qin J., Duan Y., Jian J., Niu C., Wang H., Wu W., Gupta S.K., Ye P.D. A ferroelectric semiconductor field-effect transistor // Nat. Electron. 2019. V. 2. P. 580–586.

  21. Damjanovic D., Murat P., Setter N. Ferroelectric Sensors // IEE Sensors J. 2001. V. 1. № 3. P. 191–206.

  22. Kim J.Y., Choi M.-J., Jang H.W. Ferroelectric field effect transistors: Progress and perspective // APL Mater. 2021. V. 9. № 2. P. 1–19.

  23. Mikolajick T., Slesazeck S., Mulaosmanovic H., Park M.H., Fichtner S., Lomenzo P.D., Hoffmann M., Schroeder U. Next generation ferroelectric materials for semiconductor process integration and their applications // J. Appl. Phys. 2021. V. 129. № 10. P. 1–22.

  24. Jiang Y., Zhou M., Shen Z., Zhang X., Pan H., Lin Y.-H. Ferroelectric polymers and their nanocomposites for dielectric energy storage applications // APL Mater. 2021. V. 9. № 2. P. 1–12.

  25. Hoshino S., Shimaoka S., Niimura K. Ferroelectricity in Solid Hydrogen Halides // Phys. Rev. Lett. 1967. V. 19. P. 1286–1288.

  26. Cochran W. Crystal Stability and the Theory of Ferroelectricity // Phys. Rev. Lett. 1959. V. 3. P. 412.

  27. Cochran W. Crystal stability and the theory of ferroelectricity // Adv. Phys. 1960. V. 9. P. 387.

  28. Cochran W. Crystal stability and the theory of ferroelectricity part II. Piezoelectric crystals // Adv. Phys. 1961. V. 10. P. 401.

  29. Равич Ю.И., Ефимова Б.А., Смирнов И.А. Методы исследования полупроводников в применении к халькогенидам свинца PbTe, PbSe и PbS. М.: Наука, 1968. 383 с.

  30. Kvyatkovskii O.E. Microscopic theory of lattice instability in displacive type ferroelectrics // Ferroelectrics. 1994. V. 153. P. 201–206.

  31. Kvyatkovskii O.E. On Local-Field Effects in Semiconductors and Dielectrics // Fizika Tverdogo Tela. 1985. V. 27. № 9. P. 2673–2682.

  32. Kvyatkovskii O.E. Dipole-Dipole Interactions in Crystals and Ferroelectric Properties of A4B6 Compounds // Fizika Tverdogo Tela. 1986. V. 28. № 4. P. 983–990.

  33. Volkov B.A., Pankratov O.A. Crystal structures and symmetry of the electron spectrum of IV–VI semiconductors // JETP. 1978. V. 48. № 4. P. 687–696.

  34. Volkov B.A., Pankratov O.A. Electronic structure of point defects in A4B6 semiconductors // JETP. 1984. V. 88. № 1. P. 280–293.

  35. Kalyuzhnaya G.A., Kiseleva K.V. The problem of the institute of stoichiometry in semiconductors of variable composition, such as A2B6 and A4B6 // Proceedings of the Lebedev Physics Institute Academy of Sciences of the USSR Series (Stoichiometry in Crystal Compounds and Its Influence on their Physical Properties). Editor N.G. Basov. 1987. V. 177. P. 5–84.

  36. Mnyukh Y. On the Phase Transitions that cannot Materialize // American J. Condensed Matter Physics. 2014. V. 4. № 1. P. 1–12.

  37. Mnyukh Y., Vodyanoy V.J. Superconducting State and Phase Transitions // American J. Condensed Matter Physics. 2017. V. 7. № 1. P. 17–32.

  38. Mnyukh Y. Searching for a Critical Phenomenon // American J. Condensed Matter Physics. 2020. V. 10. № 1. P. 1–13.

  39. Roy A., Jahani S., Langrock C., Fejer M., Marandi A. Spectral phase transitions in optical parametric Oscillators // Nat. Commun. 2021. V. 12. № 1. P. 1–9.

  40. Li Z., Wu Q., Wu C. Surface/Interface Chemistry Engineering of Correlated-Electron Materials: From Conducting Solids, Phase Transitions to External-Field Response // Adv. Sci. 2021. V. 8. № 4. P. 1–14.

  41. Li X., Dreon D., Zupancic P., Baumgärtner A., Morales A., Zheng W., Cooper N.R., Donner T., Esslinger T. First order phase transition between two centro-symmetric superradiant crystals // Phys. Rev. 2021. V. 3. № 1. P. 1–6.

  42. Pokrovsky V.L. Landau and modern physics // Usp. Fiz. Nauk. 2009. V. 52. № 11. P. 1169–1176.

  43. Landau L.D. Theory of phase transformations. I // Phys. Z. Sowjetunion. 1937. V. 11. P. 26.

  44. Landau L.D. Theory of phase transformations. II // Phys. Z. Sowjetunion. 1937. V. 11. P. 545.

  45. Mnyukh Yu. Fundamentals of Solid-State Phase Transitions, Ferromagnetism and Ferroelectricity. – 2nd ed. Princeton: Architectural Press. 2009. 335 p.

  46. Cross L.E. Relaxor ferroelectrics // Ferroelectrics. 1987. V.76. № 1. P. 241–267.

  47. Bokov A.A., Ye Z.-G. Recent progress in relaxor ferroelectrics with perovskite structure // J. Materials Science. 2006. V. 41. P. 31–52.

  48. Levanyuk A.P. Anomalies in Dielectric Properties in Phase Transitions / A.P. Levanyuk, D.G. Sannikov // Soviet Physics JETP. 1969. V. 28. № 1. P. 134–139.

  49. Ginzburg V.L., Landau L.D. On the Theory of Superconductivity // Zh. Eksp. Teor. Fiz. 1950. V. 20. P. 1064. English translation in: L.D. Landau, Collected papers (Oxford: Pergamon Press, 1965) P. 546.

  50. Фрицберг В.Я., Ролов Б.Н. О некоторых факторах, определяющих характер сегнетоэлектрического фазового перехода // Изв. АН СССР. сер. физ. 1964. Т. 28. С. 649.

  51. Ролов Б.Н. Влияние флуктуаций состава на размытие сегнетоэлектрических фазовых переходов // ФТТ. 1964. Т. 6. С. 2128.

  52. Фрицберг В.Я., Ролов Б.Н. Некоторые закономерности размытия фазовых переходов в сегнетоэлектрических твердых растворах // Изв. АН СССР. сер. физ. 1965. Т. 29. С. 1019.

  53. Боков А.А. Закономерности влияния беспорядка в кристаллической структуре на сегнетоэлектрические фазовые переходы // ЖЭТФ. 1997. Т. 111. Вып. 5. С. 1817–1832.

  54. Смоленский Г.А., Боков В.А., Исупов В.А., Крайник Н.Н., Пасынков Р.Е., Соколов А.И., Юшин Н.К. Физика сегнетоэлектрических явлений. Л.: Наука, 1985. 396 с.

  55. Tomaev V.V., Makarov L.L., Solomennikov A.A., Tikhonov P.A. Oxidation Kinetics of Lead Selenide // Glass Physics and Chemistry. 2004. V. 30. № 4. P. 349–355.

  56. Алиев С.А. Размытие фазовых переходов в полупроводниках и высокотемпературных сверхпроводниках. Монография. Баку: Элм. 2007. 286 с.

  57. Mnyukh Y., Vodyanoy V.J. Superconducting State and Phase Transitions // American J. Condensed Matter Physics. 2017. V. 7. № 1. P. 17–32.

  58. Nuzhnyy D., Kamba S., Kužel P., Veljko S., Bovtun V., Savinov M., Petzelt J., Amorín H., Costa M.E.V., Kholkin A.L., Boullay Ph., Adamczyk M. Dynamics of the phase transitions in Bi-layered ferroelectrics with Aurivillius structure: Dielectric response in the terahertz spectral range // Physical Review. B 74. 2006. 134105. P. 1–7.

  59. Rosas B.Y., Instan A.A., Mishra K.K., Achary S.N., Katiyar R.S. Studies of Optical, Dielectric, Ferroelectric, and Structural Phase Transitions in 0.9[KNbO3]-0.1 [BaNi1/2Nb1/2O33 – δ] // Crystals. 2022. V. 35. № 12. P. 1–19.

  60. Tomaev V.V., Syrkov A.G. Structure-Properties Correlation of Lead Selenide-Lead Selenite Composite // Key Engineering Materials. 2020. Zurich. V. 854. (Jul): P. 39–44.

  61. Ueda S.T., Kwak I., Abelson A., Wolf S., Qian C., Law M., Kummel A.C. Electronic passivation of PbSe quantum dot solids by trimethylaluminum vapor dosing // Applied Surface Science. 2020. V. 513. P. 1–8.

  62. Zhao F., Mukherjee S., Ma J., Li D., Elizondo S.L., Shi Z. Influence of oxygen passivation on optical properties of PbSe thin films // Appl. Phys. Lett. 2008. V. 92. № 21. P. 1–4.

  63. Peters J.L., van der Bok J.C., Hofmann J.P., Vanmaekelbergh D. Hybrid Oleate−Iodide Ligand Shell for Air-Stable PbSe Nanocrystals and Superstructures // Chem. Mater. 2019. V. 31. P. 5808–5815.

  64. Bi G., Zhao F., Ma J., Mukherjee S., Li D., Shi Z. Modeling of the Potential Profile for the Annealed Polycrystalline PbSe Film // PIERS Online. 2009. V. 5. № 1. P. 61–64.

  65. Zhao F., Ma J., Li D., Mukherjee S., Bi G., Shi Z. Influence of Oxygen Post-Growth Annealing on Optical and Electrical Properties of PbSe Thin Films // J. Electronic Materials. 2009. V. 38. № 8. P. 1661–1665.

  66. Thanikaikarasan S., Mahalingam T., Kathalingam A., Rhee J.-K. Growth and characterization of lead selenide thin films // J. Mater. Sci.: Mater. Electron. 2012. V. 23. P. 1562–1568.

  67. Raju G.S.R., Pavitra E., Nagaraju G., Guan X.-Y. Yu J.S. UV-A and UV-B excitation region broadened novel green color-emitting CaGd2ZnO5:Tb3+ nanophosphors // RSC Advances. 2015. V. 5. № 28. P. 22217–2223.

  68. Zarubina N.V., Zarubin I.V., Maskaeva L.N., Markov V.F. Composition, Structure, Morphology of thin Films Produced by Hydrochemical Deposition in PbSe-CdSe System // European Reviews of Chemical Research. 2015. V. 3. № 1. P. 290–293.

  69. Li Y., He B., Heremans J.P., Zhao J.-C. High-temperature oxidation behavior of thermoelectric SnSe // J. Alloys and Compounds. 2016. V. 669. P. 224–231.

  70. Razina A.G. Thermochromism of the semiconductor film system Pb-Se // IOP Conf. Series: J. Physics: Conf. Series. 2019. V. 1189. № 1. P. 1–3.

  71. Peng X., Abelson A., Wang Y., Qian C., Shangguan J., Zhang Q., Yu L., Yin Z.-W., Zheng W., Bustillo K.C., Guo X., Liao H.-G., Sun S.-G., Law M., Zheng H. In Situ TEM Study of the Degradation of PbSe Nanocrystals in Air // Chem. Mater. 2019. V. 31. P. 190−199.

  72. McDowell L.L., Qiu J., Weng B., Shi Z. Growth Study of New Complex Oxide PbOxSe1 –x Thin Films by Oxygen Plasma-Assisted Molecular Beam Epitaxy // Cryst. Growth Des. 2019. V. 19. P. 2253–2258.

  73. Goodfellow B.W., Patel R.N., Panthani M.G., Smilgies D.-M., Korgel B.A. Melting and Sintering of a Body-Centered Cubic Superlattice of PbSe Nanocrystals Followed by Small Angle X-ray Scattering // J. Phys. Chem. C. 2011. V. 115. № 14. P. 6397–6404.

  74. Tretyakova N.A. IR Sensitization of PbSnSe Films by Heat Treatment in Air // Inorganic Materials. 2017. V. 53. № 10. P. 1005–1008.

  75. Ржанов А.В. Титанат бария – новый сегнетоэлектрик // Успехи физических наук. 1949. Т. 38. № 4. С. 461–489.

  76. Proshkin S. Multipurpose calorimetr to measure thermophysical properties // ARPN J. Engineering and Applied Sciences. 2018. V. 13. № 5. P. 1–6.

  77. Proshkin S. Multifunctional Device for Measuring Thermal Properties Under Phase Transitions // IOP Conf. Series: J. Physics: Conf. Series. 2019. V. 1172. P. 1–6.

Дополнительные материалы отсутствуют.

Инструменты

следующая статья выпуска предыдущая статья выпуска содержание выпуска

Физика и химия стекла

Архивы выпусков Информация о журнале Отправить рукопись в журнал