TIInS2 ve TIGaSe2 katmanlı ferroelektrik kristallerinde faz geçişleri ve dielektrik özelliklerin incelenmesi

Abstract

TlGaSe2 kristali oda sıcaklığından itibaren soğutulurken 242 K sıcaklığında oransız faz geçişine uğradığı dielektrik sabit ölçümleri ile gözlendi. Sıcaklığın azalması ile 116 K ve 108 K sıcaklıklarında iki faz geçişi daha gerçekleştiği belirlendi. 90-140 K aralığındaki faz geçişlerini kapsayan sıcaklık bölgesinde dielektrik sabitin reel kısmının farklı sabit frekanslardaki ölçümleri ile piklerin şiddetlerinin frekansın artması ile azaldığı belirlendi. İncelenen sıcaklık aralığında ardışık soğutma ve ısıtma işlemleri kristalde faz geçiş sıcaklıklarının yerlerinin 3 K gibi büyük sayılabilecek miktarda değiştiğini ortaya koydu. Böylece kristalin termal histerezis olayı sergilediği anlaşıldı. Bununla beraber oransız faz bölgesinde farklı sıcaklıklardan dönmek suretiyle ölçülen dielektrik sabitin ortaya koyduğu termal histerezisin dönüş sıcaklığının düşmesi ile daha büyük olduğu anlaşıldı. Ayrıca kristallerin oranlı ve oransız faz bölgesinde farklı sıcaklıklarda beklemek suretiyle dielektrik sabitin durulma mekanizmaları incelendi. TlInS2 kristalinin oranlı fazda 199.5 K ve 194.7 K sıcaklık aralığında farklı sıcaklıklarda beklemek suretiyle dielektrik sabitin zamanla değişimi incelendi ve bu sıcaklık civarında iki farklı durulma mekanizmasının varlığı belirlendi. Ayrıca oransız fazda 204.7 K ve 206.6 K sıcaklıklarında dielektrik sabitinin zaman bağımlığı ölçüldü. Dielektrik sabitinin karakteristik durulma zaman sabitleri sırasıyla 1500 sn ve 600 sn olarak hesaplandı. Benzer çalışma TlGaSe2 kristali için de dielektrik sabitinin zaman bağımlılığı oranlı ve oransız faz bölgesinde gerçekleştirildi. Dielektrik sabitin zaman bağımlılığı 105-97 K sıcaklık aralığında farklı sıcaklıklarda yeteri kadar beklenmek suretiyle ölçüldü. Ölçüm sonuçlan incelenen sıcaklık aralığında iki farklı karakteristik zaman sabitinin varlığım gösterdi. Ayrıca oransız faz bölgesinde 120 K ve 180 K sıcaklıklarında kristalin bekletilmesi sonucunda dielektrik sabitin zaman bağımlılığı »*incelendi. Bu sıcaklıklarda karakteristik zaman sabitleri sırası ile 600 sn v.e-800,sn<^ '1 ; f olarak hesaplandı. *' » ' l ? j,... -si 5* 1 * vJJT ' Bu tez çalışmasında ayrıca her iki kristalin dış elektrik alan altında dielektrik sabitlerinin sıcaklık bağımlılığını da içeren yeni birer termodinamik model önerildi. Modeller ile deneysel sonuçların iyi bir uyum içinde olduğunu gösterildi.On cooling from room temperature, it is understood that TlGaSe2 incommensurate phase transition at 242 K by dielectric measurements. On decreasing temperature, the crystal also undergoes two phase transitions at 116 K and 108 K. Temperature region of phase transitions occurred between 90 K and 140 K, the real of part the dielectric constant measurements at various fixed frequencies shows that the peak intensities decrease with incresing frequency. In the mentioned temperature interval, the crystal reveals a thermal hysteresis as large as about 3 K in successive cooling and heating processes. In addition, the dielectric constant carried out different turning temperatures within incommensurate phase shows thermal hysteresis that the amount of the thermal hysteresis increases with decresing turning temperature. In commensurate and incommensurate phase transition region, the relaxation mechanisms of the dielectric constant has been studied by means of annealing at different temperatures. In TlInS2, the time dependence of the dielectric constant has been investigated by means of annealing at different temperatures between 199.5 K and 194.7 K within commensurate phase and two different relaxation mechanisms are determined, hi addition, the time dependence of the dielectric constant measured in commensurate phase region at temperature 204.7 K and 206.6 K. The characteristic relaxation time constant are calculated as 1500 s and 600 s, respectively. The time dependencies of the dielectric constant measurements for TlGaSe2 have been performed in commensurate and incommensurate phases. Time dependenceies of dielectric constant between 105 K and 97 K are measured by annealing at different temperatures for determined time periods. Presence of two different characteristic time constants is indicated by measurement results in the mentioned temperature interval. In addition, the time dependence of the dielectric constant is measured in incommensurate phase region by annealing at temperaturesVII 120 K and 180 K. The characteristic relaxation time constants are calculated as 600 s and 800 s, respectively. In this study, new thermodynamis models including temperature dependence of the dielectric constant under external bias field for above crystals have been also proposed. The models are in good agreement with the experimental data.