На основі проведених досліджень встановлено, що більшість з виявлених ФП при пониженні температури пов’язана з поступовим впорядкуванням досить масивних органічних і неорганічних структурних комплексів. У зв’язку з цим в коливних спектрах не спостерігаються коливні м’які моди, характерні для переходів типу зміщення. ФП супроводжуються тільки розщепленням порівняно високочастотних мод, що відповідають внутрішнім коливанням структурних груп, які зазнають впорядкування. Кристали DMAМеS (Ме=Al, Ga) характеризуються наявністю класичних ФП типу “порядок-безпорядок” з доволі складними моделями як СЕ, так і АСЕ переходів, пов’язаних в першу чергу з впорядкуванням сегнетоактивних іонів диметиламіну. Шляхом вивчення температурно-частотних залежностей діелектричних параметрів вдалося спостерігати м’які моди релаксаційного типу, як це мало місце в околі СЕ переходу в DMAAS. Подібні колективні релаксаційні процеси характерні для DMAGS і кристалів груп А2МеХ4 і АМеХ3 з алкіламін-катіоном. Загалом же, в усіх досліджуваних кристалах поступове впорядкування структури супроводжується відповідним зменшенням діелектричної дисперсії. Це явище є особливо помітним в кристалах з Н-зв’язками (n>0), органічні катіони яких володіють значним дипольним моментом. Однак, доволі часто спостерігався змішаний механізм ФП. Так, виникнення спонтанної поляризації при Т2=152 К в квазіодномірному кристалі TMA-CdBr3 пов’язане з відносним зміщенням іонів Cd2+ i Br- вздовж метал-галогенного ланцюга. Водночас така модель переходу типу зміщення доповнюється ще й виявленим впорядкуванням органічних тетраедрів в СЕ фазі. Порівняльний аналіз наявних експериментальних результатів з літературними даними дає підставу віднести ФП в TEA-ZnBr4 (T2*), TEA-MeCl2Br2 (T1) і DMA-CuCl4 (Тс) до переходів типу зміщення. Особливістю практично усіх досліджуваних фероїків типу А2CuХ4 і АCuХ3 є істотний вплив ян-теллерівської взаємодії іонів Cu2+ на форму метал-галогенного поліедра, а отже і на природу наявних ФП. Типовим прикладом можуть служити шаруваті кристали (NH3CmH2m+1)2CuCl4. Незважаючи на доволі складну послідовність фаз, найважливіші структурні перетворення при ФП в сполуках такого типу можна зобразити у вигляді схеми (рис.5). Справа на схемі наведені елементи структури гіпотетичної нездеформованої тетрагональної “прафази”, яка за нормального тиску не реалізується аж до температури розкладу кристалу, але може спостерігатися в ізоморфах з іншими іонами металу. Вихідна високотемпературна ромбічна фаза І або a (в залежності від кристалу) характеризується тетрагональним спотворенням метал-галогенних октаедрів (почергово в двох взаємно перпендикулярних напрямках) в результаті ефекту Яна-Теллера. В цій фазі алкіламонієві групи повністю розорієнтовані між чотирма еквівалентними положеннями групи NH3 в порожнині між іонами хлору: на схемі цій ситуації відповідає своєрідна “зірка”. Решта ФП при охолодженні зразка пов’язана з поступовим заморожуванням рухів органічних груп, які зводяться до переорієнтації тільки між двома вибраними позиціями з чотирьох. Причому кожна із низькотемпературних фаз характеризується своєю парою орієнтацій алкіламонієвого ланцюга. Завдяки існуванню Н-зв’язків амонієвої групи з октаедрами, останні при ФП типу впорядкування деформуються до ромбічної чи моноклінної симетрії і нахиляються один відносно одного. Ступені деформації і нахилу октаедрів в межах перовскітного шару в кожній конкретній фазі визначаються парою впорядкованих позицій катіонів. Рис.5. Схематичне представлення структурних змін при ФП в кристалах (NH3CmH2m+1)2CuCl4 (m=2,3); орієнтація груп алкіламонію визначається Н-зв’язками N-H…Cl (стрілки). Іони міді розташовані в центрі галогенних октаедрів. На основі отриманих експериментальних результатів і літературних даних можна постулювати такі послідовності ФП в досліджуваних кристалах: TrMA-ZnCl4: 269 K, = 276,5 K (=285 K), Ti=310 K; TrMA-CuCl4: фазових переходів не виявлено; TrMA-СоCl4: Т1=325 К, Тс=360 К; DMA-ZnCl4: T7=201 K, T6=215 K, T5=238 K, T4=250 K, T3=272 K, T2=295 K, T1=310 K; DMA-CuCl4: TL=253 K, Tc=279,5 K, Ti=296 K; DMA-CoCl4: TL=238 K, Tc=263 K, T4=313 K, T3=352 K, T2=380 K, =419 K; TEA-ZnBr4: =285 K, =287 K, T1=350 K; TEA-CdBr4: =39 K (=50 K), T1=311 K; TEA-ZnCl2Br2: T2(L)=228 K, T1(c)=260,5 K; TEA-CoCl2Br2: T2(c)=232 K, T1=246 K; DEA-CuCl4: T1=311 K; DEA-CoCl4: T1=333 K; EA-CuCl4: T4=232 K, T3(L)=330 K, T2(L)=356 K, T1(L)=364 K; РA-CuCl4: Tc=379 K, T*=387 K, Ti=410 K; TMA-CdCl3: T3=101,5 K, TL=118 K, T2=156 K, T1=202 K; TMA-CdBr3: T2(c)=152 K, T1=179 K, To=216 K; TrMA-CdCl3: T4=193 K, T3=251 K, =339 K, =375 K; DMA-CuCl3: =245 K (=253 K) =282,5 K (=292,5 K); DMA-MnCl3: T3=180 K, T2=235 K, T1=302 K; DMAAS: T1(ас)=75 K, Тс2=110,5 К, Tc1=152 K, TL=390 K; DMAGS: T1(ас)=96,5 K, =113 K (=119 K), =133 K (=136 K). У дисертації наведені результати експериментального дослідження закономірностей впливу катіон-аніонного заміщення, іонізуючого випромінювання, електричного поля і механічних напружень на поведінку оптико-спектральних і діелектричних параметрів, динаміку кристалічної гратки і послідовність фаз у фероїках з алкіламонієвим катіоном. В результаті комплексного вивчення фізичних властивостей кристалів цього типу можна зробити такі висновки: 1. Проведені дослідження дали змогу істотно доповнити фрагментарні літературні дані щодо природи фазових переходів у фероїках з алкіламін-катіоном і встановити послідовності фаз в кристалах груп А2MeX4 (A=TrMA, DMA, Me=Zn, Co, Cu, X=Cl; A=TEA, Me=Cd, Со, Zn, X=Cl, Br, а також EA-СuCl4), AMeX3 (A=TMA, Me=Cd, X=Cl, Br, а також DMA-CuCl3, DMA-MnCl3 i TrMA-СdCl3) i DMAMeS (Me=Al, Ga). 2. Виявлено, що більшість з перелічених ФП в порядку спадання температури пов’язана з поступовим впорядкуванням структури. Виняток становлять ФП в TEA-ZnBr4 (T2*), TEA-MeCl2Br2 (T1), TMA-CdBr3 (Т2) і DMA-CuCl4 (Тс), що можуть бути віднесені до переходів типу зміщення. Особливістю практично усіх досліджуваних фероїків типу А2CuХ4 і АCuХ3 є істотний вплив ян-теллерівської взаємодії іонів Cu2+ на форму метал-галогенного поліедра, а отже і на природу ФП. 3. Встановлено, що досліджувані кристали з водневими зв’язками, органічні катіони яких володіють значним дипольним моментом, характеризуються різними типами діелектричних релаксаційних процесів, пов’язаних з протонною провідністю, фундаментальною сегнетоелектричною дисперсією, співіснуванням фаз і динамікою доменних стінок. В сегнетоелектриках DMAAS спостерігалася характерна м’яка мода релаксаційного типу. В усіх досліджуваних кристалах поступове впорядкування структури супроводжується відповідним зменшенням діелектричної дисперсії. 4. На основі сукупності отриманих експериментальних даних щодо специфічної поведінки діелектричних і оптико-спектральних параметрів, підтверджено існування неспівмірної фази в кристалах DMA-CuCl4, РА-CuCl4, TMA-MeCl4 (Me=Cu, Zn, Co) і зроблено висновок про її існування в кристалах TrMA-ZnCl4. 5. В коливних спектрах неспівмірних кристалів групи А2MeCl4 з алкіламін-катіоном вперше виявлені додаткові низькочастотні моди з хвильовими векторами, кратними до хвильового вектора НС модуляції. Встановлено, що внаслідок помітної дисперсії їхні частоти істотно залежать від температури у відповідності з температурною зміною параметра неспівмірності d. Для cуто локальних мод характерним є розщеплення на два піки, відносна інтенсивність яких і величина розщеплення визначаються формою хвилі НС модуляції. Взаємодія фононів з хвилею модуляції проявляється також у зростанні півширини коливних мод. Встановлено, що переходи у просторово-модульовані фази з мультиплікацією елементарної комірки кристалів супроводжуються появою додаткових мод в області зовнішніх коливань гратки. 6. На основі даних про температурну еволюцію електронних спектрів зроблено висновки про мікроскопічну природу ФП у фероїках, які містять у своїй структурі іони перехідних металів. Виявлено, що впорядкування структури при переході в низькотемпературні фази супроводжується пониженням симетрії і в ряді випадків помітною зміною сили кристалічного поля в метал-галогенних комплексах. 7. Виявлено, що термохромні властивості досліджуваних кристалів з Ме=Cu, Со пов’язані з деформацією метал-галогенного поліедра. Кристали DEA-CuCl4 характеризуються термохромним ФП І роду, зумовленим різкою зміною форми оточення іона Cu2+ від планарної із сильними водневими зв’язками до тетраедричної зі слабкими водневими зв’язками. Вплив малих доз іонізуючого випромінювання на структурну організацію досліджуваних кристалів зводиться, перш за все, до перебудови сітки водневих зв’язків, яка в свою чергу, впливає на ступінь деформації метал-галогенних комплексів. 8. Встановлено, що в більшості фаз досліджуваних фероїків з алкіламін-катіоном край оптичного поглинання формується в результаті екситон-фононної взаємодії і в зв’язку з цим описується емпіричним правилом Урбаха. В НС фазах кристалів це правило не виконується, що корелює з появою в коливних спектрах нових мод, і може служити додатковим доказом існування НС модуляції. 9. Показано, що модель екситон-фононної взаємодії, яка включає механізм самозахоплення екситона локальними коливаннями кристалічної гратки, адекватно описує всі характерні риси і особливості температурної еволюції краю оптичного поглинання у фероїках даного класу. Виявлено, що сила ЕФВ залежить від природи крайової смуги: вона є максимальною для екситонних смуг, сформованих амінними групами катіона, тоді як смугам переносу заряду притаманне мінімальне розмиття. У зв’язку з цим досліджувані кристали з водневими зв’язками характеризуються максимальною силою ЕФВ у порівнянні з іншими представниками цієї родини. 10. Встановлено, що істотна зміна послідовності фаз і температур ФП при ізоморфному катіон-аніонному заміщенні в кристалах груп А2МеХ4 і АМеХ3 зумовлена як зміною симетрії і молекулярної маси структурних комплексів, так і фактом наявності чи відсутності водневих зв’язків. Поява сітки таких зв’язків у сполуках (NHn(CH3)4-n)2MeX4 з n>0 накладає додаткові обмеження на мобільність структурних груп, завдяки чому їхнє впорядкування відбувається при вищих температурах. При наявності сильних водневих зв’язків між катіоном і аніоном НС модуляція або не виникає взагалі, або утворюється при вищих температурах. Чітка залежність температур ФП від розміру галогена виявлена в кристалах групи TEA-MeX4 (X=Cl, Br): збільшення розміру іона Х- (заміщення ClBr) супроводжується підвищенням температур ФП. 11. На основі виявлених термохромних властивостей кристалів DEA-CuCl4 запропонованi схеми їх використання як чутливих елементів датчиків іонізуючого випромінювання. В додатках наведена інформація про послідовність фаз в досліджуваних кристалах; блок-схема програми “Crys Tool 1.0”; правила відбору, коливні спектри та результати віднесення смуг для низки досліджуваних кристалів; результати віднесення смуг поглинання у спектрах кристалів групи А2CoCl4; описаний датчик іонізуючого випромінювання. Основні результати дисертації опубліковано у працях: Влох О.Г., Капустяник В.Б., Мокрий В.І., Половинко І.І., Свелеба С.А. Фазові переходи в нових кристалах (N(C2H5)4)2ZnBr4 // Укр. фіз. журн.-1990.-Т.35, №12.-С.1854-1856. Sveleba S., Mokryi V., Polovinko I., Kapustianik V., Trybula Z., Petrenko P., Kiosse G., Kravtsov V. Birefringent and Dielectric Properties of (N(C2H5)4)2ZnBr4 and (N(C2H5)4)2CdBr4 Crystals // Acta Phys. Pol.-1993.-V.A83.-P.777-784. Kapustianik V., Czapla Z., Czukwinski R. Peculiarities of Dielectric Relaxation in DMAAS Ferroelectric Crystals // Acta Phys. Pol.-2002.-V.A102.-P.365-372. Kapustianik V., Sveleba S., Stasyuk I., Velychko O., Czapla Z., Tchukvinskyi R. Dielectric and Electrooptic Properties of the DMAMeS (Me=Al, Ga) Crystals in the Region of Low Temperature Phases // Phys. Stat. Sol.(b).-2001.-V.228, No3.- P.785-798. Polovinko I.I., Sveleba S.A., Kapustianik V.B., Zhmurko V.S. Interaction of the Incommensurate Structure with Defects in Crystals of (N(CH3)4)2BCl4 (B=Zn, Cu, Mn) and (NH2(CH3)2)2CuCl4 // Phys. Stat. Sol. (a).-1992.-V.131, No1.-P.K13-K18. Степанов А.А., Хацько Е.Н., Кобец М.И., Пащенко В.А., Каплиенко А.И., Черный А.С., Миткевич В.В., Третьяк С.М., Капустянык В.Б. Магниторезонансные свойства и кристаллическая структура низкоразмерного магнетика NH2(CH3)2MnCl32H2O // Физ. низких темп.-1994.-Т.20, №6.-С.540-545. Влох О.Г., Капустянык В.Б., Мыхалына И.А., Половинко И.И., Свелеба С.А., Боброва З.А., Варикаш В.М. Оптико-спектральные свойства кристаллов (NH2(CH3)2)2CoCl4 в области фазовых переходов // Кристаллография.-1992.-Т.37, №3.-С.766-771. Капустянык В.Б. Оптические свойства протонного проводника (NH2(CH3)2)2CoCl4 // Журн. прикл. спектр.-1998.-Т.65, №3.-С.412-418. Sveleba S., Mokryi V., Polovinko I., Zhmurko V., Kapustianik V., Stankowski J., Trybula Z., Kempinski W. Phase Transitions in (NH(CH3)3)2MeCl4 (Me=Cd, Zn, Cu) Crystals // Phase Transitions.-1994.-V.46.-P.245-256. Кapustianik V., Polovinko I., Korchak Yu., Sveleba S., Tchukvinskyi R., Dacko S., Czapla Z. Phase Transitions and Dielectric Relaxation in (N(C2H5)4)2MeCl2Br2 (Me = Zn, Co) Solid Solutions // Ferroelectrics.-1997.-V.202.-P.149-156. Кapustianik V., Korchak Yu., Sveleba S., Girnyk I., Tchukvinskyi R. Investigations of High Temperature Phase Transitions in (NH3C2H5)2CuCl4 Crystals // Acta. Phys. Pol. -1999.-V.A95, No3.-P.351-357. Вайданич В.І., Мокрий В.І., Половинко І.І., Капустяник В.Б., Свелеба С.А. Діелектричні та оптичні властивості кристалів N(CH3)4CdBr3 i N(CH3)4CdCl3 // Укр. фіз. журн.-1995.-Т.40, №11-12.-С.1189-1192. Капустянык В.Б., Мыхалына И.А., Половинко И.И., Свелеба С.А., Варикаш В.М., Андреев Е.Ф. Двупреломляющие и спектральные свойства сегнетоэлектрических кристаллов NH2(CH3)2Ga(SO4)2n H2O // Изв. РАН, Сер. физ.-1992.-Т.56, №10.-С.48-52. Kapustianik V., Tchukvinskyi R., Czapla Z. Thermal Expansion and Optical Properties of DMAGS Crystals around Their Phase Transitions // Phys. Stat. Sol. (a).-2000.-V.177.-P.277-280. Kapustianik V., Sveleba S., Polovinko I., Mokryi V., Tchukvinskyi R., Trybula Z. Dielectric Properties and Electric Conductivity of Dimethylammonium Tetrachlorcobaltate Ferroelectric Crystals // Phys. Stat. Sol. (a).-1995.-V.151, No2.-P.481-488. Kapustianik V., Kabelka H., Warhanek H., Fuith A. Dielectric Relaxation and Anomalous Electric Conductivity of (NH2(CH3)2)2CоCl4 Crystals // Phys. Stat. Sol. (a).-1996.-V.155, No1.-P.95-113. Kapustianik V., Polovinko I. Ferroelektryki z wiazaniami wodorowymi // Zesz. Nauk. Politechniki Swietokrzyskiej.-Mechanika.-1995.-T.54.-S.67-76. Kapustianik V., Polovinko I., Kaluzha S. Glassy State in the Ferroics with Hydrogen Bonds // Phys. Stat. Sol. (a).-1996.-V.153.-P.117-122. Kapustianik V., Sveleba S., Dacko S., Vaidanych V., Mokryi V. Dielectric Properties of Trimethylammonium Tetrachlorcobaltate Crystals // Phase Transitions.-1995.-V.54.-P.131-136. Kapustianik V., Sveleba S., Vaidanich V., Mokryi V., Polovinko I., Dacko S. Phase Transitions in (NH(CH3)3)2ZnCl4 Ferroelectric Crystals // Ferroelectrics.-1997.-V.192.-P.121-127. Половинко І.І., Капустяник В.Б., Свелеба С.А., Вайданич В.І., Мокрий В.І., Панківський Ю.І., Трибула З. Діелектричні та двопроменезаломні властивості кристалів (N(C2H5)4)2ZnBr4 та (N(C2H5)4)2ВCl2Br2 (В=Zn, Co, Cu) // Укр. фіз. журн.-1996.-Т.41, №10.-С.960-966. Капустяник В.Б., Корчак Ю.М., Мокрий В.І., Джала В.І., Половинко І.І., Дацко С., Чапля З. Оптико-спектральні властивості і діелектрична дисперсія кристалів NH(CH3)3CdCl3 в області фазових переходів // Укр. фіз. журн.-1997.-Т.42, №9.-С.1058-1063. Капустяник В. Плеохроїзм і термохромні властивості кристалів диметиламінтрихлоркупратів // Укр. фіз. журн.-1998.-Т.43, №3.-С.343-347. Kapustianik V. Dilatometric and Dielectric Study of Phase Transitions in NH2(CH3)2MnCl32H2O Crystals // Phys. Stat. Sol. (a).-1998.-V.168.-P.109-116. Kapustianik V., Fally M., Kabelka H., Warhanek H. Anomalous Dielectric Behaviour of NH2(CH3)2Al(SO4)26 H2O Crystals in the Ferroelectric Phase // J. Phys.: Condens. Mat.-1997.-V.9.-P.723-733. Kapustianik V., Bublyk M., Polovinko I., Sveleba S., Trybula Z., Andreyev E. Dielectric Properties of NH2(CH3)2Al(SO4)26 H2O Crystals at Low Temperatures // Phase Transitions.-1994.-V.49.-P.231-235. Dzhala V., Kapustianik V., Sveleba S., Polovinko I. Manifestation of Incommensurate Modulation in Raman Spectra of (N(CH3)4)2ZnCl4 Crystals // Molecular Phys. Rep.-1994.-V.6.-P.140-147. Kapustianik V.B. Manifestations of Incommensurate Modulation in the Spectral Properties of A2MeCl4 Crystals // Phys. Stat. Sol. (b).-1997.-V.207.-P.509-520. Dzhala V., Kapustianik V., Kityk I., Polovinko I., Sveleba S. Phonon Spectra of A2CuCl4 Single Crystals (A=N(CH3)4+, NH(CH3)3+, NH2(CH3)2+) // Ferroelectrics.-1994.-V.152.-P.273-278.
Джала В.І., Капустяник В.Б., Чуквінський Р.Т. Прояв неспівмірної модуляції у фононних спектрах кристалів (N(CH3)4)2ZnCl4 і (NН2(CH3)2)2CuCl4 // Укр. фіз. журн.-1994.-Т.39, №11-12.-С.1106-1107. Кapustianik V.B. Temperature Evolution of the Optical Absorption Edge in the A2BX4 Type Compounds with Organic Cation // Phys. Stat. Sol. (b).-1997.-V.204.-P.877-887. Кapustianik V., Korchak Yu., Polovinko I., Tchukvinskyi R., Czapla Z., Dacko S. Electron-Phonon Interaction and Phase Transitions in (C2H5NH3)2CuCl4 Crystals // Phys. Stat. Sol. (b).-1998.-V.207.-P.95-101. Капустяник В.Б., Корчак Ю.М., Половинко І.І. Спектри поглинання кристалів (C2H5NH3)2CuCl4 в області фазових переходів // Укр. фіз. журн.-2000.-Т.45, №1.-С.92-96. Капустянык В.Б., Корчак Ю.М., Свелеба С.А., Мокрый В.И. Влияние изоморфного катион-анионного замещения на оптические спектры кристаллов группы A2CoCl4 // Журн. прикл. спектр.-2000.-Т.67, №1.-С.91-95. Kапустяник В.Б., Корчак Ю.М., Половинко І.І., Свелеба С.А. Прояв фазових переходів в спектрах оптичного поглинання кристалів біс-(n-пропіламін) тетрахлоркупрату // Укр. фіз. журн.-2000.-Т.45, №7.-С.870-874. Kапустянык В.Б., Корчак Ю.М. Природа термохромного фазового перехода в кристаллах (NН2(C2H5)2)2CuCl4 // Журн. прикл. спектр.-2000.-Т.67, №6.-С.759-763. Kapustianik V., Sveleba S., Ozhybko Ya., Tchukvinskyi R., Mokryi V., Soldatov V., Polovinko I. Influence of g-Ray Irradiation on the Thermochromic Phase Transition in Diethylammoniumtetrachlorocuprate // Journ. of IEEE.-1994.-V.4.-P.801–803. Лещук Р.Е., Капустянык В.Б. Люминесценция и фазовые переходы в кристаллах NH2(CH3)2MnCl32H2O // Журн. прикл. спектр.-1994.-Т.60, №3-4.-С.332-335. Kapustianik V., Polovinko I, Sveleba S., Vlokh O., Varikash V., Bobrova Z. Manifestation of Phase Transitions in the Optical and Spectral Properties of (NH2(CH3)2)2MeCl4 (Me=Cu, Co, Zn, Mn, Cd) Crystals // Phys. Stat. Sol. (a).-1992.-V.133, No1.-P.45-49. Кapustianik V., Korchak Yu., Bazhan V. Temperature Evolution of the Optical Absorption Edge in (NН3C2H5)2CuCl4 Crystals // Phys. Stat. Sol. (b).-2000.-V.218.-P.583-590. Капустянык В.Б., Корчак Ю.М., Бажан В.В., Элияшевский Ю.И. Температур-ное изменение электронных спектров кристалла NH2(CH3)2CuCl3 при фазовых переходах // Журн. прикл. спектр.-2002.-Т.69, №3.-С.352-357. Kapustyanyk V.B., Bazhan V.V., Korchak Yu.M. Temperature Evolution of Electronic Spectra and Crystal Structure of the Layered Compounds (CnH2n+1NH3)2CuCl4 (n=2, 3) // Abstracts of XXV Intern. School and IV Polish-Ukr. Meet. on Ferrolectrics Phys., Krakow, Poland.-2000.-P.41. Влох О.Г., Капустянык В.Б., Жмурко В.С., Мокрый В.И., Половинко И.И., Свелеба С.А. Спектры оптического поглощения несоразмерных кристаллов (N(CH3)4)2ХCl4 (Х=Zn, Co, Mn, Cu, Fe) // Материалы II Межресп. школы-семинара “Соврем.проблемы спектроскопии, лазерной физ. и физ. плазмы”.-Минск.-1989.-С.62-65. Kapustianyk V., Bazhan V., Korchak Yu., Sveleba S., Mokryi V. Phase Transitions in some Ferroics with the Dimethylammonium Cation // Abstracts of VI Ukr.-Polish and II East-Europ. Meet. on Ferroelectrics Phys., Uzhgorod, Ukraine.-2002.-P.121.
|