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第11卷第1期 1997年 3月 高压CHINEsE JOURNAL 学报PREssURE PHYsICs Vo1,11,No.

1 Mar. ,1997 理GΗΗ物oF偏硼酸钡低温相 的电学性质与相 日日 艹驷w又压下鲍忠兴 a,b 柳翠霞 a 黄朝恩 c 刘有臣 c 陈红a吴非a伍.中 国科学 院物理研究所 ,北京1000BO) (b.中 国科学 院国际材料物 理 中心 ,沈阳110015) o.国 家建材 局人工 晶体研究所 ,北京100018) 摘要在金刚石 压 砧装 置上,采 用 电容 和 电阻 测量方法研 究 了偏 硼 酸钡 低 温相 晶体(肛 BaB204)在 室温下和16GPa内的电容 、 电阻与压力 的关 系.实验结果 表明 ,它 的电容在2.

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5、 10.7GPa左 右都 有一个 突变 . 这说 明`-BaB204内部的结构状 态在这些压力下都发 生 了变化 ,可 能发 生 了相变 . 还 发现 肛BaB204样 品在较 高压力下 已发生 了非 晶化转 变 ,而 且是 不可逆 的 ,在 卸压后被保 留下来 . 这个非 晶化转变 的压力大约在11~12GPa. 关键 词 电学性 质 相变 电容测量 金 刚石 压砧装置 中图法分类号 o614.23 0521.2 1引言偏硼酸钡低温相晶体 (肛Ba巳04,简称BBO)是我国首先发现 的一种新型非线性光学 材料 ,具 有高 的紫外倍 频转换 效率和 良好 的物理 化学性 能El彐 ,有 着很 高 的应用价值 . BBO 晶体 属三角晶系,空 间群 为 C营 -R3,取六方坐标系,晶 胞参数为么=犭 =1.2532nm,c= 1.271znm[2彐.该晶体是一个 由二价钡离子 (Ba2+)和 三价硼 氧环 阴离子 (Bs06)3ˉ 交错分布 的离子晶体 ,沿着c轴 呈现层状 阶梯式结构 . 过去 ,人们已对 BBo晶 体进行 了高压下拉曼 光谱E3~列和X光 衍射E6彐 研究 . 但对这 种 晶体进行高压下 电学性质 的研究工作还未见报导过 . 本工作在金 刚石压砧装置 (dhmond anvil cell,简称DAC)上 ,采 用 电容和 电阻测量 方法研究 了BBo晶 体在高压下 的电容 C和 电阻 R与 压力 夕的关 系 ,得 到 了一些有兴趣 的研究结果 ,观 测到一些新 的相变和现象 . 2实验在DAC上 采用我们首次建立 的电容和 电阻测量方法测量 了BBO在 室温下和16GPa 内的 C、 R与 夕的关 系.实验装置和测量方法与文献 E7,8彐相同. 测量 C和 R所 采用 的仪 器为ZI'5型智能LCR测 量仪 ,测量频率 为1kHz. 金 刚石 压砧 顶 面为正 十六边形 ,它 的直 本工作得到 国家 自然科学 基金资助 . 1996-10-14收 到稿件 . 第 1期 鲍忠兴等 :偏 硼酸钡低 温相 晶体在高压下 的 电学性 质与相变 径为 0. 48mm. 两 钼片 电极 间距离为 0. 03~0.05mm. BBO样 品的纯度在 99%以上.工 作中,测定了BBo样品(经 过一定压力压制成型后 的圆柱体 )在 室温常压下 的电阻率 ,其 数值 为4.64* 10:Ω ・ m. 测量样 品为粉末 ,测 量前被存放在干燥 器内,使样品保 持干燥 . 在测量数据前 ,均 在一定压力下 ,对 被测量样 品进行预压 ,然 后再开始测量 . 在 电容测量 的 过程 中,需将干燥 的氩气通过 DAC,使样品周 围保持干燥 ,以 免周 围潮湿空气对 电容测量 带来影响 .

3 结果与讨论本工作测量 了BBO样 品在室温下和 16GPa内的C-夕 关系 ,其 结果表示在 图1. 从图1可 以看 出,样 品的电容在 2.

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5、 10.7GPa左 右都有一个突变 . 这些现象在 每个样 品的测量 中都能重复地被观测到 . 这些结果与 Raman散射E3~田和X光 衍射【 6彐 测量 所得到 的结果基本 上是一致 的.在Raman光 谱测量 中,发现BBO晶 体在

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8、 7.8和9.6GPa左 右有相变 ,而 且在 9.6GPa以 上发生 了由晶体 向非 晶体 的转变 ,这个转变是 不 可逆 的. X光衍射测量【 6彐 发现 BBO晶 体在 0.4~2.

2、 5.3和11.5GPa左 右有相变 ,而 且在 11.5GPa左 右发生非 晶化转变 ,这 个转变也是不可逆 的. p/(GPa〉 图1卩-BaB204的C-p关系Fig.1 C-p rdationship f° r阝卜 BaB204 根据我们 已有 的研究工作经验 ,高 压下 电容 的突然变化表 明材料 内部或晶界处 的结 构状态发生 了变化 ,即 发生了晶体结构相变 、 电子结构相变或其它变化 .因此 ,我 们认 为,实验所观测到 的BBO样 品在高压下 电容 的突然变化 ,说 明样 品内部 的结构状态在这些压 力下都发生 了变化 . 根据 X光 衍射测量的结果E6彐可以看 出,样 品在 2.

1、 4.6GPa左 右发生 了晶体结构相变 .由于 BBO晶体内部 的结构 比较复杂 ,具 有层状 阶梯式结构 ,所以,对 于 在其它压力下 ,电容突变究竟反映 了内部什 么样 的结构状态变化 ,目 前还不清楚 ,有 待于 今后进一步深人研究 . 本工作还对卸压后 的样 品(即 对此样 品加压到 12GPa时 进行卸压 ) ⌒ 臼αˇ`0第11卷 进行 了 X光衍射分析 ,发 现卸压后 的样 品已非 晶化 ,其 结果见 图 2所 示 .这说 明BBO样 品在较高压力下 已发生了非 晶化转变 ,而 且是不可逆 的 ,在 卸压后被保 留下来 .根据 C-p 关系的测量结果 ,估 计这个非 晶化转变压力在 11~12GPa之间. zO.0 30.0 40.0 50.0 60.0 70.0 8Q. o 2夕/(° ) , 图2肛BaB204样 晶在 16GPa下 卸压后 的 X射线衍射 图谱 Fig.2 X-ray diffracdon pattern of F-BaB204sample after releasing pressure from12GPa 在测量 BBO样 品的 C-p关系的同时 ,还测量了它 的R-p关系 .实验结果表明,它 的 电阻在 高压 下 没有 观测到明显 的变化 . 通过过去我们对电介 质(KH2PO" 、 RbH2Po

4、 CsH2P

04、 NH^H2P04和(CH3NHCH2ˉ ・ CooH)3CaC12等)E:~l四和固体 C6. 巳I、 1四所做的一 些 高压 研究工作以及 本研究工作,再 次表 明 ,首 次建立的电容 测量方法E:彐 为在 DAC上研 究高压相变和相图提 供 了一个 新的、重要的实 验手段,它 能观 测到用其它实验方法所观测不到的相 变和现象,而 且为在DAC 上 的研究 开辟 了一个 新 的领域―― 介 电性 质研 究.工作中得到了顾从润先生的帮助,还 与蓝国祥、 顾惠成和陈良辰先生进行了有益的讨论,在 此一并 表示衷心的感谢. 爹考文1陈创 天 ,吴 柏昌,江 爱栋 ,等 .中 国科学 (B辑),19弘,7:598

2 卢绍芳 ,何美云,黄 金陵.物 理学报 ,1982,31:阢8

3 LuJ Q,Lan G X,Li B,et a1.J Phys Chem so1,1988,49(5〉 :519

4 Lin Y K,Cai Q R,LOn G X,et al,spqctrochim Acta d992,48A(5):653

5 林远坤 ,蓝 国祥 ,王 华馥. 化学物理 学报 ,1993,6(3〉 :257

6 顾 惠成 ,陈 良辰 ,李 凤英 ,等 .高 压物理学报 ,1995,9(D:69

7 鲍 忠兴 ,张芝婷,俞 汀南.科 学通报 ,1984,29(14):B06 第 1期 鲍 忠兴等 :偏硼酸钡低温相 晶体在高压下 的 电学性 质与相变

8 Bao z X,schmdt V H,Howel1FL. J Appl Phys d991,70(11):6804

9 Bao Z X,schmidt V H,Da1al N s,et al" 8th Internadonal Meeting on Ferroelectricity,Program summary and Abstract Book. Gaither曲urg,MD:Es.n.],1993.弘o10 Bao z X,schn idt V H,Howell F L.Ferr° electrics,1993,145:241

11 鲍忠兴,顾 惠成,王 积方,等 . 科学通报,1993,38(3):219

12 Bao z X,schmdt V H,Dalal N s,et a1.BuIl Am Phys soc,1993,38(1):151 ELECTRICAL PROPERTIEs AND PHAsE TRANsITIONs IN β BaB204AT HIGH PREssURE Bao ZhongxInga,b,Liu Culx1aa,Huang Chaoenc Liu Youchenc,Chen Honga,Wu Fe1a (a. r″s彦 J彦" 彦召or PJiy￡ Jcs,C九J″ 召 s召 ⒕c夕 J召彻v%F sc汤″c召 ￡ ,Be・j氵″g,100080,C九J″ 夕) (b.r″惚'″ 夕彦Jo″夕′C纟″J″ ror Mα招石夕 Js P汔,,

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