Electrical-mechanical coupling of dislocations in KCl, NaCl, LiF, and CaF2

Abstract

By measuring the direct and converse piezoelectric defect together with the mechanical damping and modulus defect of bent ionic single crystals, the electrical charge on the dislocations formed on bending is determined. These properties are measured at room temperature on bent 〈100〉 KCl, NaCl, LiF, and CaF2 single crystals at a frequency of 40 kHz and strain amplitudes of 4.6 × 10−10 to 7.5 × 10−5. The dislocation charge, which is always negative, ranges in magnitude from a low of 5 × 10−13 C/m for CaF2 to a high of 2.4 × 10−11 C/m for KCl. The dependence of the damping on dislocation charge for five 〈100〉 KCl crystals (two from this work, three from previous experiments) is found to be in agreement with the predictions of the charge cloud damping theory of Robinson and Birnbaum. The shape of the force-displacement hysteresis loops in the amplitude dependent region suggests that break away models for amplitude dependence are not applicable. Zur Messung des direkten und inversen piezoelektrischen Defektes sowie der mechanischen Dämpfung und des Moduldefektes wird die in der Nähe von Versetzungen beim Biegen entstehende elektrische Ladung in Ioneneinkristallen bestimmt. Diese Eigenschaften werden an Einkristallen von 〈100〉 KCl, NaCl, LiF und CaF2 bei Raumtemperatur und einer Frequenz von 40 kHz mit einer Dehnungsamplitude zwischen 4,6 × 10−10 und 7,5 × 10−5 gemessen. Die Versetzungsladung, die immer negativ ist, liegt im Bereich 5 × 10−13 C/m an CaF2 (kleinster Wert) bis 2,4 × 10−11 C/m an KCl (höchster Wert). Die Abhängigkeit der Dämpfung und des Moduldefektes an der Versetzungsladung bei fünf 〈100〉 KCl-Einkristallen (zwei aus dieser Forschung, drei aus früheren Experimenten) stimmt mit den Vorhersagen der Dämpfungstheorie der Ladungswolken von Robinson and Birnbaum überein. Die Form der Kraft-Absetzung-Hysteresisschleifen im amplitudenabhängigen Bereich läßt vermuten, daß die „break away”︁-Modelle der Amplitudenabhängigkeit nicht anwendbar sind.