Theoretical Methods of Nonlinear Effects Detection under Thermally Stimulated Depolarization in Solid Dielectrics
УДК 537.22
Abstract
This paper investigates the mechanisms of proton-relaxation polarization and thermally stimulated currents of depolarization (TCDP) in hydrogen bonded crystals (HBC) using methods of quasi-classical kinetic theory. Established generalized expressions for the complex dielectric permittivity (CDP) and polarization incorporates the main frequency of varying polarization field in the infinite approximation of perturbation theory with respect to a small parameter. It is revealed that that the effects of interaction among the relaxation modes of volume charge density starting from the main frequency of the field have already caused abnormally high polarizing nonlinearities in the range of strong fields (10-1000 MV/m) and ultra-high temperatures (550-1500 K). Generalized along the field expressions are established for kinetic equation coefficients. These expressions allow revealing reveal the influence of the field parameters (amplitude and frequency of the EMF) on the microscopic acts of transfer of physical relaxation oscillators (protons) through the potential barrier. The expression for the density of thermally stimulated currents of depolarization in HBC carried out in the wide range of fields (100-1000 MV/m) and temperatures (1-1500 K) is formulated on the basis of the general kinetic equation solution (for the model of a double symmetric potential well with a parabolic barrier). A numerical computation scheme for characteristic parameters oscillators is developed using the minimization comparison function method (MCF-method).
Downloads
Metrics
References
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).
Izvestiya of Altai State University is a golden publisher, as we allow self-archiving, but most importantly we are fully transparent about your rights.
Authors may present and discuss their findings ahead of publication: at biological or scientific conferences, on preprint servers, in public databases, and in blogs, wikis, tweets, and other informal communication channels.
Izvestiya of Altai State University allows authors to deposit manuscripts (currently under review or those for intended submission to Izvestiya of Altai State University) in non-commercial, pre-print servers such as ArXiv.
Authors who publish with this journal agree to the following terms:
- Authors retain copyright and grant the journal right of first publication with the work simultaneously licensed under a Creative Commons Attribution License (CC BY 4.0) that allows others to share the work with an acknowledgement of the work's authorship and initial publication in this journal.
- Authors are able to enter into separate, additional contractual arrangements for the non-exclusive distribution of the journal's published version of the work (e.g., post it to an institutional repository or publish it in a book), with an acknowledgement of its initial publication in this journal.
- Authors are permitted and encouraged to post their work online (e.g., in institutional repositories or on their website) prior to and during the submission process, as it can lead to productive exchanges, as well as earlier and greater citation of published work (See The Effect of Open Access).
