Anisotropic glass freezing has been studied by dielectric constant measurement and remanent polarization measurement in the dipole glass systems of rubidium/ammonium phosphate RADP(x) and its deuterated analogue DRADP(x), where x denotes the ammonium concentration. The glass freezing temperatures for a-cut and c-cut crystals as measured from the temperatures of the dielectric loss peaks show clear anisotropy which depends on the degree of deuteration and ammonium mole concentration x. While the protonated sample of RADP(0.43) showed negligible anisotropy between the two axes, the deuterated samples DRADP(0.40) showed a considerable anisotropy at low frequency as large as 7.2K. A higher glass freezing temperature was observed along the c-axis as compared with the a-axis freezing temperature in DRADP(0.40). Among the three deuterated DRADP crystals, anisotropy in glass freezing was observed to be large in the deuterated dipole glass samples DRADP(0.40) whereas very small in the same system but a larger ammonium molar ratio, DRADP(0.59). DRADP(0.47) showed an intermediate strength of anisotropy between theses two crystals. This result conforms with the prediction of the cluster model theory. The origin of the anisotropy in the cluster model theory can be traced to the difference between the two effective order parameters, i.e., the local polarization autocorrelation functions along c- and a-axes. Possible differences between these two effective order parameters may originate from the more frequent local cluster formations of ferroelectric-type Slater units for x ＜ 0.5 or antiferroelectric-type Slater units for x ＞ 0.5.
Pyroelectric current measurement also shows anisotropy along the two crystal axes which is very similar to the result of the dielecric constant measurement. A large anisotropy, that is, a large difference between the two peak positions of $dP_R/dT$ for the two a and c axes was observed in the ferroelectric side(x ＜ 0.5) DRADP-x (x=0.40) dipole glass but a small anisotropy in the antiferroelectric side (x ＞ 0.5) DRADP-x(x=0.59) dipole glass. The absolute value of remanent polarization along the c-axis is larger than double the a-axis remanent polarization in DRADP(0.40) and vice versa in DRADP(0.59).
$[(NH_4)_xRb_{1-x}]_3H(SO_4)_2(x=0.42)$ mixed crystal was grown and examined by dielectric constant measurement and Raman scattering measurement. This mixed system showed frequency-dependent dielectric dispersion at low temperature with no drastic change associated with structural phase transition. Raman scattering data also showed a global symmetry conservation between the room temperature spectrum and 20K spectrum. These two results seem to indicate a new origin of dipole glass formation in the isolated hydrogen-bonded crystals.
Thallium impurity effects on phase transition of cesium dihydrogen phosphate were examined by dielectric constant measurement. As usual in other pseudo-one-dimensional hydrogen-bonded system, these mixed crystals could be described by the pseudo-one-dimensional Ising model which incorporates weak mean-field type interaction between the chains to reveal that thallium impurities in CDP crystal tend to reduce the intrachain interaction constant $J_∥/k_B$ and enhance the interchain interaction constant $J_⊥/k_B$.
Dielectric dispersions of cesium dihydrogen phosphate were investigated by dielectric constant measurement. Domain wall contribution to the dielectric constant was dependent on the probe frequency and amplitude very sensitively, which is consistent with the suggestion of the high domain wall mobility in CDP. In addition to the dispersion associated with domain wall motion and its freezing, two other dispersions in the low temperature region were observed for the first time. One seems to follow the Arrhenius behavior and the other the Vogel-Fulcher behavior within the measurement frequency and temperature ranges although the origins of these dispersions remain unknown.
KDP 계열 쌍극자 유리상인 DRADP 혼합결정의 유리 전이 온도를 유전상수의 허수부를 측정함으로써 구하였고, 이 유리상 전이 온도는 측정 주파수에 의존할 뿐 아니라 결정의 축에도 의존한다는 것을 밝혔다. 유리상 전이온도의 결정축에 대한 비등방성은 강유전상과의 경계에 가까운 DRADP(0.40)의 경우 크게 나타났고 반강유전상과의 경계에 가까운 DRADP(0.59)의 경우는 매우 작은 것으로 측정되었다. 중간 영역에 해당하는 DRADP(0.47) 결정의 경우는 양 시료의 중간 정도에 해당하는 비등방성을 나타냈다.
DC전기장에 의해 유도된 잔류 분극의 측정을 통해서도 유전상수 측정에서 확인했던 유리 상전이의 비등방성을 관측할 수 있었다. 잔류 분극의 온도에 대한 미분에 비례하는 초전류를 측정한 결과 초전전류의 극점에 해당하는 온도가 결정의 축에 따라 다르게 나타났고 이 경향성의 암모니움 이온에 대한 변화는 유전상수 측정에서 보였던 비등방성의 경향과 일치하였다. 잔류 분극의 절대량은 DRADP(0.40)의 경우 c축의 잔류 분극이 a축에 비해 두 배 정도 높았고 DRADP(0.59)의 경우는 반대로 a축의 잔류 분극의 양이 c축의 양에 비해 두 배 이상 높았다.
이러한 비등방성의 경향은 송이 모형(cluster model)에서 예견했던 이론적인 결과와 일치하는 것이다. 이러한 결과는 쌍극자 유리상에서의 유효질서도에 해당하는 국소분극의 시간 상관함수가 결정 축에 따라 다르다는 것에서 비롯되고 이는 다시 암모니아 농도가 많고 적음에 따라 국소적으로 강유전성 극소 송이와 반강유전성 송이 중 어느 적이 지배적인가에 의존하게 된다.
중양성자 유리상이 뚜렷한 비등방성을 보이는 것에 비해 양성자 유리상의 경우는 비등방성을 거의 나타내지 않았다. 그 원인은 아직 분명하지 않지만, 비등방성의 원인이 단거리의 질서도의 차이에서 비롯된 것이라면 이것은 터널링 효과와 영점 진동에 더욱 민감하게 반응하여 보다 비국소화된 퍼텐셜에 존재하는 양성자보다는 국소화된 퍼텐셜 내에 존재하는 중양성자에 더욱 민감하게 반응할 것이라고 생각해 볼 수 있다.
고립된 수소결합 물질 중 강유전 상전이 하는 $(NH_4)_3h(SO_4)_2$와 반강유전 상전이로의 경향성을 가지는 $Rb_3H(SO_4)_2$의 혼합결정인 $[(NH_4)_xRb_{1-x}]_3H(SO_4)_2(x = 0.42)$ 를 성장시켜 유전상수와 라만 스펙트럼을 측정하였다. 이 혼합결정의 모체 중 하나인 $(NH_4)_3H(SO_4)_2$이 여러 단계의 상전이를 거치면서 복잡한 유전 상수 모습을 보이는데 반해 혼합결정의 유전상수는 단조감소하다가 저온에서 분산의 형태를 보였다. 이러한 분산의 형태는 쌍극자 유리상에서 발견되는 분산과 유사하였고, 따라서 혼합결정이 경쟁적 상호작용과 좌절에 의해 무질서 상으로 전이하는 것으로 생각된다. 라만실험의 결과 혼합결정은 상온과 절대온도 20도에서 관측한 라만 밴드 사이에 일대일 대응이 성립됨으로써 상온의 대칭성이 저온까지 그대로 유지되는 것으로 보이고 이러한 특성 역시 쌍극자 유리상에서 관측되는 것이다. 따라서 혼합결정 $[(NH_4)_xRb_{1-x}]_3H(SO_4)_2(x = 0.42)$는 고립된 수소결합 계에서 도출된 새로운 쌍극자 유리상일 것으로 생각된다.
탈리움(Tl)이 미량 첨가된 $CDP_{1-x}TDP_x$ 혼합결정의 유전 특성을 조사하였다. 이 혼합결정과 CDP는 유사 일차원 수소결합을 하는 물질들로써 유전상수가 Curie-Weiss 법칙을 벗어난다는 특징을 가지고 유사일차원 아이징 모델을 이용하여 현상론적으로 설명될 수 있다. 탈리움 불순물의 효과는 유사일차원 수소결합 체인 내의 상화작용을 줄이면서 체인과 체인 사이의 상호작용을 증가시키는 역할을 하게 되는데 이러한 상전이 특성을 체인 사이의 평균장을 고려하는 유사 일차원 아이징 모델로 설명할 수 있었다.
유사 일차원 수소결합을 하는 CDP 단결정의 유전상수를 측정 주파수, 진폭, DC 전기장 등을 변화시켜 가면서 측정하였다. 상전이 온도 이하에서 유전상수에 큰 기여을 하는 구역벽 운동은 측정 주파수와 진폭에 매우 민감하게 반응하였다. 구역벽 운동의 비선형성이 나타나기 시작하는 진폭에 해당하는 임계진폭을 온도에 따라 구하였고 구역벽 동결 현상이 일어나기 시작하는 온도에서부터 임계진폭이 크게 증가함을 확인하였다. 구역벽 동결 현상이 두드러지기 시작하는 온도 이하에서는 유전상수로 측정된 구역벽 운동의 완화 시간이 급격히 늘어나기 시작하고 완화시간의 분포 폭도 늘어나면서 비대칭적으로 됨을 확인하였다.
구역벽 운동과 관련된 분산 뿐 아니라 저온에서 두 개의 분산을 처음으로 측정하였다. 하나는 열적 활성화 운동과 관련된 Arrhenius 법칙을 따르고 다른 하나는 유한 동결 온도의 존재와 관련있는 Vogel-Fulcher 법칙을 따르는 것으로 보인다. 이 분산들의 원인은 아직 명확하지 않지만 구역벽 운동 동결의 최종 단계에서 일어나는 완화 과정 및 얼음 법칙을 만족하지 못하는 CDP의 구역벽 내의 무질서 구조와 연관지어 설명해 보고자 하였다.
