Nonlinear electrophysical phenomena in ionic dielectrics
The methods of semiclassical kinetic theory are used to study the phenomena of nonlinear relaxation polarization in ionic dielectrics with a complex crystal lattice structure (layered crystals; ceramics; perovskites; vermiculites and others), characterized by high ionic conductivity. A special case of materials of this class are proton semiconductors and dielectrics (mica, talc, pyrophyllite, etc.), characterized in a fairly wide range of field parameters (100 kV/m - 1000 MV/m) and temperatures (1-1500 K), high proton conductivity. Based on the continuity equation for the ion current, a generalized kinetic equation is constructed that describes the transfer of electric charge in ionic dielectrics in an alternating polarizing field with blocking electrodes. The nonlinearity of the mathematical model is ensured by the dependences of the diffusion coefficients and ion mobility on the parameters of the inhomogeneous electric field in the dielectric. It is shown that the Fokker - Planck equation known in kinetic theory is “zero” in the small dimensionless parameter by an approximation to the generalized nonlinear kinetic equation. The dielectric polarization is written from the solution of the Fokker - Planck equation in the infinite approximation of perturbation theory (k = 1,2,3, ...) for an arbitrary value of the exponent of multiplicity r of multiplicity in frequency of the alternating field. The spectra of complex dielectric constant, built on the fundamental frequency of the alternating field (r = 1), taking into account all subsequent (starting from the second) approximations of the perturbation theory (k > 1), differ significantly from the classical laws of Debye dispersion (corresponding to the first approximation of the theory disturbances (k = 1)). The theoretical foundations have been laid for algorithms for computer-aided prediction of the properties and parameters of electrical materials for functional elements in microelectronic device circuits, isolation equipment, and non-volatile high-speed memory devices.
Keywords
ионные диэлектрики со сложной структурой кристаллической решетки,
ионные проводники,
протонные полупроводники и диэлектрики,
комплексная диэлектрическая проницаемость,
методы квазиклассической кинетической теории,
нелинейное кинетическое уравнение ионной релаксации и проводимости,
метод последовательных приближений,
ionic dielectrics with a complex crystal lattice structure,
ionic conductors,
proton semiconductors and dielectrics,
complex dielectric constant,
methods of semiclassical kinetic theory,
nonlinear kinetic equation of ionic relaxation and conductivity,
method of successive approximationsAuthors
| Kalytka V.A. | Karaganda State Technical University | kalytka@mail.ru |
| Mekhtiyev A.D. | National Research Tomsk Polytechnic University | barton.kz@mail.ru |
| Bashirov A.V. | Karaganda Economic University of Kazpotrebsoyuz | bashirov_av@mail.ru |
| Yurchenko A.V. | National Research Tomsk Polytechnic University | niipp@inbox.ru |
| Alkina A.D. | Karaganda State Technical University | alika_1308@mail.ru |
Всего: 5
References
Тонконогов М.П. // УФН. - 1998. - Т. 168. - Вып. 1. - С. 29-54.
Sean Hart, Hechen Ren, Timo Wagner, et al. // Nature Phys. - 2014. - V. 10. - P. 638-643.
Tan Wei, Sun Yong, Chen Hong, and Shen Shun-Qing. // Sci. Rep. - 2014. - V. 4 - P. 3842.
Wells B.M., Zayats A.V., and Podolskiy V.A. // Phys. Rev. B. - 2014. - V. 89. - P. 035111 (4).
Slobozhanyuk A.P., Ginzburg P., Powell D.A., et al. // Phys. Rev. B. - 2015. - V. 92. - P. 195127 (8).
Khanikaev A.B., Hossein M.S., Tse Wang-Kong, et al. // Nature Mater. - 2013 - V. 12. - P. 233-239.
Kudyshev Zh., Reddy H., Guler U., et al. // ACS Photonics. - 2017. - V. 4 (6). - P. 1413-1420.
Kudyshev Zh.A., Wells B.M., Litchinitser N.M., and Podolskiy V.A. // ACS Photonics. - 2017. - V. 4 (10). - P. 2470-2478.
Антонова А.М., Воробьев А.В., Ляликов Б.А. // Энергетика: экология, надежность, безопасность: материалы XIV Всерос. науч.-технич. конф. - Томск: Изд-во ТПУ, 2008. - 289 с.
Demin A. and Denyushkina L.A. // Proc. Int. Symp. on Solid Oxide Fuel Cells. 2-5 June1997. - Aachen, Germany, Pennington, NG, USA, 1997. - P. 1349-1358.
Калытка В.А., Коровкин М.В. Протонная проводимость. - Издат. Дом: LAP LAMBERT Academic Publishing, 2015. - 180 с. http://www.lap-publishing.com.
Калытка В.А., Коровкин М.В. // Изв. вузов. Физика. - 2016. - Т. 59. - № 7. - С. 74-79.
Калытка В.А., Никонова Т.Ю. // Труды XIII Междунар. науч.-практич. конф. «Актуальные проблемы электронного приборостроения» (АПЭП-2016). 3-6 октября 2016 г. Т. 2. Электронно-физическая секция. - Новосибирск, 2016. - С. 57-65.
Калытка В.А., Баймуханов З.К., Алиферов А.И., Мехтиев А.Д. // Доклады АН ВШ РФ. - 2017. - № 2 (35). - С. 18-31. DOI: 10.17212/1727-2769-2017-2-18-31.
Калытка В.А., Коровкин М.В. // Изв. вузов. Физика. - 2016. - Т. 59. - № 12. - С. 150-159.
Калытка В.А., Баймуханов З.К., Мехтиев А.Д. // Доклады АН ВШ РФ. - 2016. - № 3 (32). - С. 7-21. DOI: 10.17212/1727-2769-2016-3-7-21.
Кулагин И.А., Ганеев Р.А., Тугушев Р.И. и др. // Квантовая электроника. - 2004. - Т. 34. - № 7. - С. 657-662.
Белоненко М.Б. // Квантовая электроника. - 1998. - Т. 25. - № 3. - С. 255-258.
Анненков Ю.М., Калытка В.А., Коровкин М.В. // Изв. вузов. Физика. - 2015. - Т. 58. - № 1. - С. 31-37.
Калытка В.А., Коровкин М.В., Мехтиев А.Д., Алькина А.Д. // Вестник Московского государственного областного университета. Сер. Физика-математика. - 2017. - № 4. - С. 39-54.
Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М. Курс теоретической физики. Т. 5. Статистическая физика. - М.: Наука, 1976. - 584 с.
Калытка В.А. // Вестник Самарского университета. Естественнонаучная серия. - 2017. - Т. 23. - № 3. - С. 71-83.
Калытка В.А. // Вестник Московского государственного областного университета. Сер. Физика-математика. - 2018. - № 2. - С. 61-75. DOI: 10.18384/2310-7251-2018-2-61-75.
Калытка В.А., Коровкин М.В., Мехтиев А.Д., Юрченко А.В. // Изв. вузов. Физика. - 2018. - Т. 61. - № 4. - С. 138-148.
Reijers R. and Haije W. // Energy Research Centre of the Netherlands. - 2008. - ECN-E-08-091.
Glöckner R., Neiman A., Larring Y., and Norby T. // Solid State Ionics. - 1999. - V. 125. - P. 369-376.
Ziegler J.F., Biersack J.P., and Ziegler M.D. // SRIM - The Stopping and Range of Ions in Matter. - 2012. - 398 p.
Анненков Ю.М., Ивашутенко А.С., Власов И.В., КабышевА.В. // Известия Томского политехнического университета. - 2005. - Т. 308. - № 7. - С. 35-38.
Кытин В.Г., Кульбачинский В.А., Кондратьева Д.Ю. и др. // Ученые записки физического факультета Московского университета. - 2018. - № 1. - 1810501. - С. 1-5.
Khang V.C., Korovkin M.V., and Ananyeva L.G. // 20th Int. Scientific Symp. of Students, Postgraduates and Young Scientists on Problems of Geology and Subsurface Development. IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. - 2016. - V. 43. - N. 012004.
Мамбетова К.М., Шандаров С.М., Татьянников А.И., Смирнов С.В. // Изв. вузов. Физика. - 2019. - Т. 62. - № 4. - C. 89-93. DOI: 10.17223/00213411/62/4/89.
Промахов В.В., Жуков А.С., Ворожцов А.Б. и др. // Изв. вузов. Физика. - 2019. - Т. 62. - № 5. - C. 132-137. DOI: 10.17223/00213411/62/5/132.
Шаповалов А.В., Трифонов А.Ю. // Изв. вузов. Физика. - 2019. - Т. 62. - № 5. - C. 95-105. DOI: 10.17223/00213411/62/5/95.
