與氧空位有序有關(guān)的介電現(xiàn)象研究.pdf

1、氧空位由于其特定的光吸收性能因此也被稱為F心或色心，也是氧化物中無處不在的點(diǎn)缺陷，更是造成氧化物各種屬性的主要誘因。例如，在足夠低的溫度下可以成為超導(dǎo)體的SrTiO3，隨著氧空位濃度的增加，SrTiO3可以從半導(dǎo)體轉(zhuǎn)變?yōu)榻饘?。此外，氧空位在確定高溫超導(dǎo)銅氧化物超導(dǎo)體的臨界溫度，半導(dǎo)體氧化物磁性能，和導(dǎo)體催化行為等起著決定性的作用。在足夠高的溫度下，跳躍運(yùn)動(dòng)的氧空位又對(duì)交流電導(dǎo)有重大的貢獻(xiàn)。因此，氧空位在氧化物的高溫介電性能中占主導(dǎo)地位。

2、氧空位最令人感興趣的研究?jī)?nèi)容之一就是氧空位本身其實(shí)是具有一個(gè)固有的非均勻分布，導(dǎo)致在氧化物中他們會(huì)出現(xiàn)自發(fā)有序的狀態(tài)。這種現(xiàn)象就是所謂的相分離或者條紋相，在高溫超導(dǎo)體和巨磁電阻中引起了濃厚的興趣。在鐵電材料中，自發(fā)有序的氧空位形成直線或者平面群是鐵電疲勞和老化的主要原因。根據(jù)之前的報(bào)道，氧空位有序作為電荷有序的一種，它可以導(dǎo)致介電弛豫或介電異常。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴在較寬的溫度區(qū)間(室溫-700℃)和較寬的頻率區(qū)間(100

3、 Hz-1 MHz)，系統(tǒng)地研究了TiO2的介電方面的性能。介電測(cè)試顯示了TiO2單晶中存在三個(gè)溫度區(qū)域:在區(qū)域Ⅰ（T≤200℃）中，由氧空位電離產(chǎn)生的電子在TiO2單晶的介電性能占主導(dǎo)地位，出現(xiàn)的弛豫1由于Ti4+和Ti3+離子之間的電子跳躍導(dǎo)致。在區(qū)域Ⅱ(200℃-500℃)中，氧空位團(tuán)簇是引起相變的主要原因。在區(qū)域Ⅲ(T≥500℃)中，單個(gè)氧空位成為主要的載流子，他們?cè)诰Ц裰g的跳躍運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致了弛豫2的產(chǎn)生。此外，勞厄衍射法證實(shí)了溫

4、度區(qū)域Ⅱ內(nèi)氧空位有序過程的存在。密度泛函理論第一原理(DFT)計(jì)算顯示，氧空位有序狀態(tài)是比氧空位孤立狀態(tài)有利，氧空位團(tuán)簇有利于TiO2單晶中沿[001]方向形成一個(gè)線性鏈。⑵在較寬溫度范圍(300-1073 K)和頻率范圍(300 Hz-1 MHz)，對(duì)MgO單晶樣品的介電性能進(jìn)行了研究。在400 K以下時(shí)，MgO單晶樣品表現(xiàn)為內(nèi)部本征的介電響應(yīng)，介電常數(shù)在9.5左右。在400 K以上，觀測(cè)到兩個(gè)相變過程。相變溫度大約都在800 K附近

5、。第一個(gè)相變是由于氧空位從無序到有序引起，伴隨第一個(gè)相變的產(chǎn)生，MgO單晶呈現(xiàn)出了金屬絕緣體轉(zhuǎn)變行為(MIT)。第二個(gè)相變是由于氧空位從有序狀態(tài)變化到無序狀態(tài)導(dǎo)致。⑶在室溫到1073K的溫度范圍頻率(100 Hz-2 MHz)范圍內(nèi)，在TeO2單晶中僅發(fā)現(xiàn)一種介電異常。在～745 K處出現(xiàn)的異常顯示相變行為。氧空位的分布機(jī)制，被認(rèn)為是這種異常的原因。745 K處的異常顯示相變過渡行為，被認(rèn)為與氧空位分布從無序狀態(tài)到有序狀態(tài)的變化相關(guān)聯(lián)，

6、隨著溫度升高，最終氧空位又變?yōu)闊o序狀態(tài)。⑷在室溫至1073K的溫度范圍，頻率范圍(100 Hz-2 MHz)內(nèi)，在三種不同氧空位濃度的LiNbO3單晶中，僅有氧空位濃度較高的GLN（淺摻雜）和BLN（深摻雜）發(fā)現(xiàn)了介電異常。在～607 K和～600 K處出現(xiàn)的異常顯示為相變行為。這說明氧空位濃度會(huì)影響相變的產(chǎn)生，濃度過低時(shí)是沒有辦法出現(xiàn)相變的。對(duì)其中的氧空位含量較高的BLN進(jìn)行偏壓實(shí)驗(yàn)可以發(fā)現(xiàn)，加偏壓后相變的溫度會(huì)向低溫方向轉(zhuǎn)移，說明外