Индуцированное примесью сегнетоэлектрическое состояние в кристалле SrTiO3

Проведен неэмпирический расчет сегнетоэлектрических свойств кристалла SrTiO₃, допированного трехвалентными примесями (Sc³⁺, Ga³⁺, In³⁺, Lu³⁺) и исследовано влияние этого замещения на сегнетоэлектрическую неустойчивость. Получено, что примесь трехвалентного металла, внедренная в позицию двухвалентного иона стронция, стимулирует сегнетоэлектрическое состояние в таких соединениях. Глубина энергетического минимума в полярной фазе зависит как от типа примесного иона, так и от механизма зарядовой балансировки. Более глубокий минимум наблюдается при допировании SrTiO₃ легкими ионами скандия, при увеличении номера иона примеси в периодической таблице глубина энергетического минимума уменьшается. Также глубина энергетического минимума в полярной фазе становится меньше при образовании вакансии на позиции иона стронция вместо позиции титана. В какой-то степени такое уменьшение объясняется более сильным притягивающим взаимодействием ионов кислорода и титана при образовании вакансии на стронции.

Наиболее важным результатом расчета является наличие непрерывного минимума на энергетической поверхности (рисунок) в некоторых рассмотренных соединениях: SrTiO₃, допированный ионами La³⁺ и образованием вакансии на позиции титана, и SrTiO₃, допированный ионами In³⁺ и образованием вакансии на позиции стронция при концентрации х = 0.25. Наличие такого энергетического минимума может приводить к безбарьерному вращению вектора поляризации в сегнетоэлектрической фазе, что может иметь важное значение для практического применения сегнетоэлектрических материалов.

1. Замкова Н.Г., Жандун В.С., Зиненко В.И. Влияние замещения иона Sr2+ трехвалентными ионами (Sc³⁺, In³⁺, La³⁺, Bi³⁺) на его сегнетоэлектрическую неустойчивость в SrTiO₃, ФТТ. – 2011. – T. 53. – Вып. 11. – С. 2175-2184.