Новости

Вместе мы добьемся большего

Учредители, члены правления и устав ПСКК

Составы первичных организаций

Материалы конференций ПСКК (отчеты, заявления, обращения, решения)

Статьи

Премии, дипломы, грамоты

Презентация, балы

Рекламный буклет



        660049, Красноярск, проспект Мира, дом 82, СибГТУ, офис Ц-6, ПСКК
тел/факс (3912) 66-03-98,
тел. 21-67-58
E-mail: mediasecret@list.ru



   

Зиненко В.И.
Zinenko

Твердые растворы окислов-перовскитов изучаются уже несколько десятилетий, а в течение последних нескольких лет их исследования как экспериментальными, так и теоретическими методами наиболее интенсивны. Микроскопические расчеты энергетики и частот колебаний решетки (как правило, предельных, т.е. при q=0) в рамках метода функционала плотности проводились для некоторых твердых растворов. Однако расчеты первопринципными методами псевдопотенциала, LMTO или LAPW очень громоздки, требуют много времени вычислений и поэтому возможны для суперячеек небольших размеров. В  используемой здесь упрощенной версии метода функционала плотности - модели "дышащего" иона - количество атомов в элементарной ячейке (в разумных пределах) не имеет принципиального значения. В работах соискателя с  соавторами,  были записаны аналитические выражения для динамической матрицы с учетом деформируемости, дипольной и квадрупольной поляризуемостей ионов, были вычислены спектры колебаний решетки ряда кристаллов  и методом эффективного гамильтониана исследована термодинамика структурного перехода ряда соединений со структурой эльпасолита (Е.Г. Максимов, В.И. Зиненко, Н.Г. Замкова, «Расчеты физических свойств ионных кристаллов из первых принципов», УФН , 174,11, 1145-1170 (2004) ) и сегнетоэлектрического перехода в ряде твердых растворов окислов со структурой перовскита. Ниже приведены некоторые примеры результатов таких расчетов.
В частности, исследованы зависимости различных энергетических вкладов (кулоновский, короткодействующий, дипольный) в полную энергию твердых растворов Ba1-xBi2x/3?x/3Ti(Zr)O3 и Ba1-xLaxTi(Zr)1-x/4?x/4O3 от амплитуды смещения ионов при различных концентрациях примеси. Показано, что различные зависимости энергии от амплитуды смещения ионов в первую очередь определяются механизмом зарядовой балансировки и типом иона, занимающего позицию в центре кислородного октаэдра. По глубине энергетического минимума была оценена температура сегнетоэлектрического фазового перехода Тс, которая показана на рисунке 1 вместе с экспериментальными данными. В твердом растворе Ba1-xBi2x/3?x/3TiO3 рассчитанная зависимость Тс от концентрации Bi+3 качественно согласуется с экспериментальной. В твердом же растворе Ba1-xLaxTi1-x/4?x/4O3 при образовании вакансий только на позициях Ti+4 температура фазового перехода Тс на малых концентрациях (х~0.1) слабо уменьшается (сплошная кривая на рис. 1), а затем, при дальнейшем увеличении концентрации, резко увеличивается в отличие от экспериментальной ситуации. Однако если предположить, что при увеличении концентрации лантана образование вакансий происходит как на позициях Ti+4, так и на позициях Ва+2, то ход расчетной температуры перехода качественно повторяет экспериментальный.
img1 img1
Рис. 1 Рассчитанные (сплошная и пунктирная линии) и экспериментальные (точечная линия, A. Simon, J.Ravez, M. Maglione. Solid State Science. 7, 925 (2005).) зависимости температуры сегнетоэлектрического перехода от концентрации.

Замкова Н.Г., Зиненко В.И. «Влияние катионного замещения на динамику решетки и сегнетоэлектрическую неустойчивость в кубических BaTiO3 и BaZrO3, допированных ионами Bi, La», ФТТ, том 51,стр.923 (2009)

Выполнен расчет динамики решетки и  сегнетоэлектрической неустойчивости в тонких пленках твердых растворов PbM1/2Nb1/2O3, PbM1/2Ta1/2O3 (M=Sc, Ga, In, Lu). Используя полученный собственный вектор нестабильной полярной моды и величины динамических зарядов, была рассчитана величина спонтанной поляризация в сегнетоэлектрической фазе пленки для двух типов поверхности. Максимальная величина амплитуды определялась из зависимости полной энергии пленки E от величины смещения ионов по собственному вектору полярной моды. Расчет показал, что наибольший энергетический минимум соответствует смещению ионов в направлении [110]. Рассчитанные зависимости энергии E - E0 (где E0 – полная энергия неискаженной фазы) от амплитуды в этом направлении для всех соединений для обоих типов поверхности при толщине пленки в 11 слоев приведены на Рис. 2. Расчет спонтанной поляризации показал (Рис.3), что для PbO-поверхности величина спонтанной поляризация имеет максимальное значение  при толщине пленки в 3 монослоя (~4 ?), и эта величина убывает с увеличением толщины пленки, при этом значение поляризации достаточно толстых пленок (~ 50 A) значительно меньше соответствующего значения для объемных соединений. Для <B>O2 – поверхности поведение поляризации от толщины имеет другой характер,  а именно значение поляризации остается примерно равным соответствующему значению для объемного кристалла на всем рассматриваемом диапазоне толщин пленок.
img2
Рис. 2. Зависимость полной энергии 11-слойных тонких пленок твердых растворов PbB?1/2B??1/2O3 от амплитуды смещений ионов по собственному вектору “мягкой” полярной моды в направлении [110] для PbO-поверхности.

img3 img3
Рис. 3  Зависимость поляризации в плоскости пленки от ее толщины для PbO- и TiO2 поверхности

Жандун В.С., Зиненко В.И. «Расчет динамики решетки и спонтанной поляризации тонких сегнетоэлектрических пленок неупорядоченных твердых растворов PbB'1/2B''1/2O3 (B'= Sc, Ga, In, Lu; B''= Nb, Ta)», ФТТ, том51,стр. 1783(2009)

В рамках неэмпирической модели ионного кристалла с учетом дипольной и квадрупольной поляризуемостей ионов вычислены значения частот колебаний кристаллической решетки BiFeO3 в кубической фазе (Pm-3m) и ромбоэдрической парафазе (R-3c). В сегнетоэлектрической фазе с симметрией R3c вычисленное значение спонтанной поляризации Ps=136 мкКул/см2 хорошо согласуется с экспериментальными данными. Рассчитаны зависимости от давления объема элементарной ячейки, модулей упругости и частот колебаний. Получено, что частота неустойчивой сегнетоэлектрической моды как в кубической (Pm-3m) так и в ромбоэдрической (R-3c) фазах практически не зависит от приложенного давления, в отличие от классических сегнетоэлектриков со структурой перовскита, где сегнетоэлектрическая неустойчивость очень чувствительна к изменению давления (рис. 4).
img4
Рис. 4. Зависимость частоты сегнетоэлектрической моды (мнимые частоты показаны отрицательными значениями) от гидростатического давления кубической фазы кристаллов: квадраты – BaTiO3 (светлые символы – расчет E. Bousquet and P. Ghosez, Phys. Rev. B 74, 180101(R) (2006)), треугольники – PbTiO3 (светлые символы – расчет I.A. Kornev and L. Bellaiche, Phase. Trans. 80, 385 (2007)), черные кружки BiAlO3, кресты – BiFeO3.

Зиненко В.И., Павловский М.С. Динамика решетки BiFeO3 под гидростатическим давлением, ФТТ, том51, стр.1328 (2009)