Segnetoelektrisko materiālu laboratorija

Fāžu pāreju interpretācija NBT un savienojumos uz NBT bāzes.

Šis pētījuma virziens ir izaicinošs, tā kā fāžu pārejas šajos materiālos ir izplūdušas un acīmredzami vāji korelē ar fizikālo īpašību uzvedību.

Pētījuma mērķis ir gūt dziļāku ieskatu šajā problēmā, salīdzinot NBT ar savienojumiem uz NBT bāzes, kur aplūkotās īpašību izmaiņas ir labāk izteiktas. Lai raksturotu polarizācijas dabu, īpaša uzmanība tiek veltīta dielektriskām īpašībām. Tiek salīdzināti nepolarizētais un polarizētais stāvoklis, kur kristāliskās struktūras un īpašību interpretācija ir labāk pamatota.

Jauni svinu nesaturoši savienojumi ar uzlabotām elektromehāniskām īpašībām.

Šis ir viens no pētījumu pamatvirzieniem attiecībā uz savienojumiem uz NBT bāzes. Lieli ar elektrisko lauka izraisīti pārvietojumi uz NBT bāzes veidotos sastāvos ir novērotas pie morfotropās fāžu robežas.

Pētījuma mērķis ir izpētīt pārvietojumus uz NBT bāzes veidotos savienojumos elektriskā lauka inducētajā fāžu pārejā starp nepolāru un segnetoelektrisko stāvokli ārpus tradicionāli aplūkotās morfotropās fāžu robežas. Pārvietojuma atkarības no elektriskā lauka mērīšanai tiek izmantots lāzera interferometrs un LVDT. Pjezoelektrisko īpašību raksturošanai ar d₃₃-metru un rezonanses-antirezonanses metodi tiek noteikti d₃₃ un d₃₁ koeficenti.

Elektrokaloriskais efekts (EKE) segnetoelektriķos.

Šis pētījumu virziens ir kļuvis par karstu tēmu pēdējā desmitgadē. Iemesls šādai interesei ir saistīts ar ilgi pastāvošām idejām par jaunas paaudzes dzesēšanas iekārtām uz EKE bāzes. Šeit galvenais šķērslis līdz šim ir bijis tas, ka novērotās EKE vērtības ir pārāk zemas šādiem pielietojumiem. Daudzi pēdējā laikā publicētie rezultāti ir iegūti ar netiešo EKE noteikšanas metodi un norāda uz iespējām iegūt lielas EKE vērtības, palielinot vadošo elektrisko lauku.

Pētījuma mērķis ir paplašināt tiešo EKE mērījumu vadošā lauka diapazonu. Tiek interpretēta saistība starp EKE un polarizācijas uzvedību.

Fotoluminiscence ar lantanīdiem dopētos ABO₃ perovskitos, ieskaitot NBT

Fotoluminiscence šajos materiālos tiek pētīta atkārtoti. Literatūrā pārsvarā ir atspoguļoti pētījumi pie istabas temperatūras un virs tās, aprakstot luminiscences intensitātes atkarību no temperatūras un fāžu pāreju lomu tajā.

Pētījuma mērķis ir paplašināt pētījumu temperatūras diapazonu uz zemo temperatūru pusi, sasniedzot šķidrā hēlija temperatūru, kas sniedz iespēju noteikt dažādu apkārtņu skaitu, kur atrodas lantanīdu joni. Tiek pētīta arī iespēja modificēt luminiscences intensitāti ar elektrisko lauku.

Keramikas un tās izgatavošanas procesa raksturošana.

Kamēr uz NBT bāzes veidotu savienojumu īpašību modificēšanas izpēte ir ļoti intensīva, keramikas un tās izgatavošanas procesam netiek veltīta atbilstoša uzmanība. Daļēji tas izskaidro dažas neatbilstības attiecībā uz publicēto pētījumu rezultātiem, kas veltīti vieniem un tiem pašiem sastāviem, kā arī samazina interpretācijas kvalitāti.

Pētījuma mērķis ir izpētīt graudu augšanas mehānismus segnetoelektriskā keramikā uz NBT bāzes. Uzmanība tiek veltīta reālā savienojuma sastāvam un homogenitātei. Tiek noteikti kompensācijas mehānismi elementu iztrūkumam, kas var tikt radīts ar vai bez nodoma.

Aktīvie projekti:

Pēcdoktorantūras pētniecības atbalsts

Izgatavošanas procesa ietekme uz struktūru un īpašībām cietajos šķīdumos uz NBT bāzes (2020-2022)

Realizētie projekti:

EUROfusion

Optisko un dielektrisko materiālu defektu attīstību un struktūras izjaukšanu izvērstā eksperimentālā un teorētiskā analīze pielietojumiem kodolsintēzē (2019-2020)

LZP granti

Elektrokaloriskais efekts stipros laukos – svinu nesaturošu segnetoelektriķu potenciāls praktiskiem pielietojumiem (2020-2021)

Ir veikta elektrokaloriskā efekta (EKE) interpretācijas kritiska analīze Na_0.5Bi_0.5TiO₃ (NBT). Ir atklāts, ka netiešā EKE novērtēšanas metode, izmatota daudzās šim tematam veltītās publikācijās, nav atbilstoša. EKE vērtības ir noteiktas ar tiešo metodi un salīdzinātas ar vērtības, kas iegūtas ar netiešo pieeju. Ir diskutēts par atklāto atšķirību un neatbilstību iespējamiem iemesliem.

Ir padziļināti izpētīta cieto šķīdumu uz NBT bāzes struktūra. Ir eksperimentāli atklāta reāla struktūtas ar oktaedru pagriezienu sistēmu, kas iepriekš bija zināma tikai no grupu teorijas apsvērumiem (1. attēls).

Ir veikta fāžu pāreju interpretācija NBT, pamatojoties uz salīdzinājumu ar NBT-CaTiO₃ cietajiem šķīdumiem. Ir piedāvāts skaidrojums raksturīgās dielektriskās caurlaidības temperatūras atkarības rašanās iemesliem, par ko tiek plaši diskutēts literatūrā.

Ir izpētīta luminiscence ar lantanīdiem dopētā NBT, nosakot nesakārtotības lomu luminiscences spektrā šim savienojumam (2. attēls).

Ir atklāta jauna segnetoelektrisko relaksoru saime NBT-SrTiO₃-PbTiO₃ (3. attēls). Šī cieto šķīdumu sistēma iziet cauri dažādām relaksoru īpašību pakāpēm atkarībā no PbTiO₃ koncentrācijas.

Somija

• University of Oulu (Dr. M. Tyunina, Dr. J. Hagberg).

Ukraina

• Institute for Problem of Materials Science NASc of Ukraine (Dr. I. Bykov)

Austrija

• University of Vienna, Faculty of Physics, Functional Materials (Prof. A. Fuith).
• Vienna University of Technology, Institute of Atomic and Subatomic Physics (Prof. H.W. Weber).

Lietuva

• Vilnius University, Vilnius (Prof. J. Banys, Dr. R. Grigalaitis).

Polija

• Institute of Physics, Krakow Pedagogical University, Krakow (Prof. Cz. Kus, Dr. B. Garbarz – Glos, Prof. J. Suchanich, Dr.phys. R. Bujakiewicz-Koronska, Dr.  W. Šmiga, , Dr. D. Sitko).

Portugāle

• University of Aveiro, Department of Ceramic and Glass Engineering Research Unit on Ceramic Materials, Aveiro (Prof. A. Kholkine).

Krievija

• I.V. Kirensky Institute of Physics of Russian Academy of Science, Krasnoyarsk (I. Flerov).
• Ural Federal University, Institute of Natural Sciences, Ferroelectric laboratory, Ekaterinburg  (V. Shur).
• Southern Federal University, Research Institute of Physics and Physics Department, Rostov on Don, (I.P. Raevski, L. Reznichenko, I.A. Parinov).
• I.V. Tananaev Institute of Chemistry and Technology of Rare Elements and Mineral Raw Materials of Kola Science Centre of RAS, Apatity (M.N. Palatnikov,  N.V. Sidorov).
• Volgograd State Architectural and Engineering University, Volgograd (A.I. Burkhanov).

Š.Svirskas, M.Dunce, E.Birks E., A.Sternbergs, J.Banys. Electromechanical properties of Na_0.5Bi_0.5TiO₃-SrTiO₃-PbTiO₃ solid solutions. J.Phys.Chem.Sol., 114,  94 (2018)

M.Dunce, G.Krieke, E.Birks, M.Antonova, L.Eglite, J.Grube, A.Sarakovskis. The role of disorder on Er³⁺ luminescence in Na_1/2Bi_1/2TiO₃. J.Alloys Compd., 762, 326 (2018)

E.Birks, M.Dunce, J.Peräntie, J.Hagberg, A.Sternberg. Direct and indirect determination of electrocaloric effect in Na_0.5Bi_0.5TiO₃. J.Appl.Phys.121, 224102 (2017)

R.Ignatans, M.Dunce, E.Birks, A.Sternberg. Novel octahedral tilt system a+b+c+ in (1-x)Na_0.5Bi_0.5TiO₃-xCdTiO₃ solid solutions. J.Mater.Sci. 52, 7149-715 (2017)

M. Dunce, E. Birks, A. Kuzmin, R. Ignatans, A. Plaude, M. Antonova, A. Sternberg. X-ray Diffraction and Raman Spectroscopy Studies in Na_1/2Bi_1/2TiO₃-SrTiO₃-PbTiO₃ Solid Solutions. Ferroelectrics, 503, p.52-59 (2016)

E. Birks, M. Dunce, R. Ignatans, A. Kuzmin, A. Plaude, M. Antonova, K. Kundzins, and A. Sternberg. Structure and dielectric properties of Na_1/2Bi_1/2TiO₃-CaTiO₃ solid solutions. J.Appl.Phys.119, 074102 (2016)

H.Kabelka, A.Fuith, E.Birks, A.Sternberg. Phase transitions of Pb_0.99Nb_0.02(Zr_0.75Sn_0.20Ti_0.05)O₃ ceramics. Ferroelectrics, 258, 61 (2001)

E.Birks, M.Kundzinsh, A.Sternberg, H.Schmitt. Evolution of dielectric properties in transparent PLZT 8.3/70/30 ceramics at the diffused phase transition. Ferroelectrics, 234, 263 (1999)

A.Sternberg, L.Shebanovs, E.Birks, V.Dimza, H.W.Weber, F.M.Sauerzopf, H.Klima, U.Ulmanis. Radiation effects on lead-containing perovskite ceramics. Ferroelectrics, 183, 301 (1996)

L.Shebanov, K.Borman. On lead-scandium tantalate solid solutions with high electrocaloric effect. Ferroelectrics, 127, 143 (1992)