Теоретические методы выявления нелинейных эффектов при термостимулированной деполяризации в твердых диэлектриках

УДК 537.22

  • Валерий Александрович Калытка Карагандинский государственный технический университет (Караганда, Казахстан)
Ключевые слова: кристаллы с водородными связями (КВС), комплексная диэлектрическая проницаемость (КДП), статическая диэлектрическая проницаемость (СДП), термостимулированный ток деполяризации

Аннотация

Методами квазиклассической кинетической теории исследуется механизм протонно-релаксационной поляризации и термостимулированной деполяризации в кристаллах с водородными связями (КВС). Построены обобщенные выражения для комплексной диэлектрической проницаемости (КДП) и поляризации, выполняющиеся на основной частоте переменного поляризующего поля в бесконечном приближении теории возмущений по малому параметру. Установлено, что эффекты взаимодействия релаксационных мод объемной плотности заряда уже на основной частоте поля обусловливают аномально высокие поляризационные нелинейности, проявляющиеся в области сильных полей (10-1000 МВ/м) и сверхвысоких температур (550-1500 К). Построены обобщенные нелинейные по полю выражения для коэффициентов кинетического уравнения, позволяющие выявить влияние параметров поля (амплитуда и частота ЭДС) на микроскопические акты перебросов физических релаксаторов (протонов) через потенциальный барьер. Из решения общего квазиклассического кинетического уравнения (для модели двойной симметричной потенциальной ямы с барьером параболической формы) построено выражение для плотности тока термостимулированной деполяризации в КВС, выполняющееся в широком диапазоне полей (100-1000 МВ/м) и температур (1-1500 К). Предложена схема численного расчета характеристических параметров релаксаторов методом минимизации функции сравнения (МФС-методом).

Скачивания

Данные скачивания пока не доступны.

Биография автора

Валерий Александрович Калытка, Карагандинский государственный технический университет (Караганда, Казахстан)

кандидат физико-математических наук, доцент, доцент кафедры энергетических систем

Литература

Тонконогов М.П. Диэлектрическая спектроскопия кристаллов с водородными связями. Протонная релаксация // УФН. 1998. Т. 168, № 1.

Калытка В.А., Коровкин М.В. Протонная проводимость : монография. Germany, 2015 [Электронный ресурс]. URL : http://www.lap-publishing.com.

Калытка В.А. Математическое описание нелинейной релаксационной поляризации в диэлектриках с водородными связями // Вестник Самарского ун-та. Естественно-научная серия. 2017. Т. 23. № 3.

Калытка В.А. Нелинейные кинетические явления при поляризации твердых диэлектриков // Вестник Московского гос. обл. ун-та (МГОУ). Серия : Физика-математика. 2018. № 2.

Калытка В.А. Аналитическое исследование нелинейных электрофизических процессов в протонных полупроводниках и диэлектриках // Известия Алт. гос. ун-та. Физика. 2019. № 1 (105).

Калытка В.А., Коровкин М.В. Дисперсионные соотношения для протонной релаксации в твердых диэлектриках // Известия вузов. Физика. 2016. Т. 59. № 12.

Калытка В.А., Коровкин М.В., Мехтиев А.Д., Алькина А.Д. Детальный анализ нелинейных диэлектрических потерь в протонных полупроводниках и диэлектриках // Вестник Моск. гос. обл. ун-та (МГОУ). Серия : Физика-математика. 2017. № 4.

Белоненко М.Б. Особенности нелинейной динамики лазерного импульса в фоторефрактивном сегнетоэлектрике с водородными связями // Квантовая электроника. 1998. Т. 25. № 3.

Левин А.А., Долин С.П., Зайцев А.Р. Распределение заряда, поляризация и свойства сегнетоэлектриков типа КН2 PO4 (KDP) // Химическая физика. 1996. Т. 15.

Лебедев Н.Г., Литинский А.О. Модель ионно-встроенного стехиометрического кластера для расчета электронного строения ионных кристаллов // Физика твердого тела. 1996. Т. 38. № 3.

Лебедев Н.Г., Белоненко М.Б. Строение и электронная структура сегнетоэлектриков KDP-типа // Вестник Волгоградского гос. ун-та. Серия : Математика-физика. 1997. № 2.

Прасолов Б.Н., Сафонова И.А. Влияние скорости и направления прохождения фазового перехода второго рода на диэлектрические потери в кристаллах ТГС // Известия АН СССР. Серия : Физика. 1993. Т. 57.

Трюхан Т.А., Стукова Е.В., Барышников С.В. Диэлектрические свойства триглицинсульфата в пористых матрицах // Известия Самарского научн. центра РАН. Серия : Физика и электроника. 2010. Т. 12. № 4.

Стеханова Ж.Д., Яценко О.Б., Миловидова С.Д., Сидоркин А.С., Рогазинская О.В. Свойства кристаллов триглицинсульфата, выращенных из водных растворов // Журнал прикладной химии. 2005. Т. 78. № 1.

Яценко О.Б., Чудотворцев И.Г., Стеханова Ж.Д. Влияние температуры и содержания воды на свойства кристаллов триглицинсульфата // IV Междунар. симпозиум «Фракталы и прикладная синергетика». М., 2005.

Тонконогов М.П., Исмаилов Ж.Т., Тимохин В.М., Фазылов К.К., Калытка В.А., Баймуханов З.К. Нелинейная теория спектров термостимулированных токов в сложных кристаллах с водородными связями // Известия вузов. Физика. 2002. № 10.

Тонконогов М.П., Кукетаев Т.А., Фазылов К.К., Калытка В.А. Квантовые эффекты при термодеполяризации в сложных кристаллах с водородными связями // Известия вузов. Физика. 2004. № 6.

Анненков Ю.М., Калытка В.А., Коровкин М.В. Квантовые эффекты при миграционной поляризации в нанометровых слоях протонных полупроводников и диэлектриков при сверхнизких температурах // Известия вузов. Физика. 2015. Т. 58. № 1.

Пальгуев С.Ф. Высокотемпературные протонные твердые электролиты. Екатеринбург, 1998.

Timofeeva N.I., Demin A.K. Modelling of SOFC Operation in Variable Regime // In 1-st European Solid Oxide Fuel Cell Forum / U. Bossel, Editor, Druckerei J. Kinzel, Gottingen, Germany, 1994.

Коровин Н.В. Электрохимическая энергетика. М., 1991.

Demin A.K. In Hydrogen Energy Progress IX. T.N. Veziroglu, C. Derive and J. Pottier, Editors. MCI, Paris, 1992.

Зюбина Т.С., Шилов Г.В., Добровольский Ю.А., Леонова Л.С., Мебель А.М. Моделирование протонного транспорта в ортоиодной и ортотеллуровой кислотах и их солях // Электрохимия. 2003. T. 39. № 4.

Ярославцев А.Б. Основные направления разработки и исследования твердых электролитов // Успехи химии. 2016. Т. 85. № 11.

Ярославцев А. Б. Протонная проводимость неорганических гидратов // Успехи химии. 1994. Т. 5. № 63.

Абрикосов А.А. Резонансное туннелирование в высокотемпературных сверхпроводниках // Успехи физических наук. 1998. Т. 168. № 6.

Силин А.П. Полупроводниковые сверхрешетки // Успехи физических наук. 1985. Т. 147. № 3.

Усанов Д.А., Скрипаль А.В. Физические основы наноэлектроники : уч. пос. для студентов факультета нано- и биомедицинских технологий. Саратов, 2013.

Brown E.R., Soderstrom J.R., Parker C.D., Mahoney L.J., Molvar K.M., McGill T.C. Oscillations up to 712 GHz in In-As/AlSb resonant-tunneling diodes// J. Applied Physics Letters, 1991. V 58.

Попов В.Г. Токовые неустойчивости в резонансно-туннельных диодах // Успехи современной радиоэлектроники. 2010. № 6.

Physics of Quantum Electron Devices / ed. by F. Capasso. Berlin, 1990.

Brown E. R. Resonant tunneling in high-speed doublebarrier diodes // Hot Electrons in Semiconductor Heterostructures / ed. by J. Shah. Boston, 1991.

Ozbay E., Bloom D. M., Diamond S. K. Resonant tunneling in Semiconductors: Physics and Applications. New York, 1991.

Тагер А.С. Размерные квантовые эффекты в субмикронных полупроводниковых структурах и перспектива их применения в электронике СВЧ. Ч. I. Физические основы // Электронная техника. Сер. 1 : Электроника СВЧ. 1987. № 9 (403).

Тагер А.С. Размерные квантовые эффекты в субмикронных полупроводниковых структурах и перспектива их применения в электронике СВЧ. Ч. II. Резонансно-туннельные диоды и транзисторы // Электронная техника. Сер. 1 : Электроника СВЧ. 1988. № 2 (406).

Иогансен Л.В. О возможности резонансного прохождения электронов в кристаллах через систему барьеров // ЖЭТФ. 1963. Т. 45.

Иогансен Л.В. О резонансном туннелировании электронов в кристаллах // ЖЭТФ. 1964. T. 47. № 1.

Анненков Ю.М., Ивашутенко А.С., Власов И.В., Кабышев А.В. Электрические свойства корундо-циркониевой керамики // Известия Том. политех. ун-та. 2005. Т. 308. № 7.

Кытин В.Г., Кульбачинский В.А., Кондратьева Д.Ю., Павликов А.В., Григорьев А.Н., Манкевич А.С., Корсаков И.Е. Прыжковый перенос дырок в керамических образцах CuCrO2, легированного магнием // Ученые записки физ. фак. Мос. ун-та. 2018. № 1.

Пальгуев С.Ф. Высокотемпературные протонные твердые электролиты. Екатеринбург, 1998.

Khromushin I.V, Aksenova T.I., Baykov Yu.M. Regularities of oxygen and water thermal desorption from barium cerate doped by neodymium, samarium, and gadolinium//Russian Journal of Electrochemistry. 2017. Vol. 53, No. 6.

Хромушин И.В., Аксенова Т.И. Влияние низкоэнергетических ионов аргона на проводящие свойства YSZ // Вестник НЯЦ РК. 2017. Вып. 1.

Хромушин И.В., Аксенова Т.И. Влияние облучения ионами кислорода и аргона на проводящие свойства диоксида циркония, стабилизированного иттрием (YSZ) // Междунар. научн. форум «Ядерная наука и технологии». Алматы. 2017.

Ziegler J.F., Biersack J.P., Ziegler M.D., SRIM — The Stopping and Range of Ions in Matter. 2012.

Калытка В.А. Разработка схемы численного расчета параметров нелинейных электрофизических процессов методом минимизации функции сравнения // Пространство, время и фундаментальные взаимодействия. М., 2018. № 3 (24).

Опубликован
2019-09-12
Как цитировать
Калытка, В. А. (2019). Теоретические методы выявления нелинейных эффектов при термостимулированной деполяризации в твердых диэлектриках. Известия Алтайского государственного университета, (4(108), 36-42. https://doi.org/10.14258/izvasu(2019)4-05