Hochauflösende gamma-Diffraktometrie zur Untersuchung der Ferroelektrischen Lock-in Phasenumwandlung in Rb₂ZnCl₄

Abstract

Der Einfluss starker elektrischer Felder auf der ferroelektrischen Lock-in Phasenumwandlung in Rb2ZnCl4 nahe 195 K wurde mittels hochauflösende Gammadifraktometrie in Kombination mit in situ Messungen der dielektrischen Konstante ε untersucht. Die strukturellen Änderungen während der Umwandlung werden dabei durch die Entwicklung der der inkommensurablen (INC) und kommensurablen (C) Phase charakteristischen Satellitenreflexe verfolgt. Die parallele Messung von ε ermöglicht dabei die Korrelation zwischen den strukturellen und den dielektrischen Eigenschaften der Proben. Unter Nullfeld ist die Lock-in Umwandlung durch eine Diskontinuität der Satellitenposition sowie ein scharfes Maximum in ε charakterisiert. Hochqualitätskristalle weisen dabei einen schmalen Koexistenzbereich und eine thermische Hysterese der Größenordnung einige Zehntel K auf. Die Anwendung eines starken E-feld bis zu 10 kV/cm entlang der polaren Achse verursacht dagegen die Ausbildung eines intermediären Zustandes (INT), in welchem die scharfen Satellitenreflexe zu einer diffusen Intensitätsverteilung degenerieren. Während der INT-INC Übergang ähnlich den konventionellen Ferroelektrika von der Feldstärke abhängt, wird die Rückkehr zur wohl definierten kommensurablen Struktur INT-C vom Feld kaum beeinflusst. Die Existenz der INT Phase wird auch durch die dielektrischen Daten bestätigt, in welchen die dielektrische Konstante zwei Maxima aufweist. Der erste stimmt mit dem INT-INC Übergang überein, während der zweite mit der INT-C Umwandlung zusammenfällt. Die Ausbildung des INT Zustandes kann interessanterweise in jungfräulichen Proben (oder auch in temperierten Kristalle) durch schnelle Temperaturänderungen (einige Zehntel K/min) verhindert werden. Dies weist darauf hin, dass der INT Zustand ein Ergebnis von Langzeitrelaxationseffekte ist , welche erst durch das Anlegen des E-Feldes innerhalb des Multisoliton Regime initiiert werden. Solche Relaxationsprozesse sind meistens eng mit dem Pinning der Diskommensurationen in der INC Phase verknüpft und sind gegenüber der Konzentration von Kristalldefekt sehr empfindlich. Die Kinetik dieser ungewöhnlichen, E-Feld induzierten Phasenumwandlung wurde mittels stroboskopischer Messtechniken zeitaufgelöst untersucht. Dabei zeigte sich, dass die strukturellen Änderungen innerhalb einer Zeitskala von einigen Millisekunden stattfinden und sowohl von der Temperatur als auch von der Feldfrequenz abhängen.Abstract (ENG)