MEASUREMENTS OF ICE Ih SINGLE THE ELECTRICAL PROPERTIES OF CRYSTALS BY ADMITTANCE AND THERMALLY STIMULATED DEPOLARIZATION TECHNIQUES

I ce Ih single crystal s were inves tigated by complex admittance and thermally stimulated d epolarization (TSD) techniques, in the relaxation-time ranges 10510 sand 10IQ4 s respectively . The relaxation spectrum was resolved and three components of it were stud ied. Sec:)I1d-order kineti cs had to be assumed for two of the TSD spectra to obtain Arrhenius-type relaxation time,. The " Debye spectrum" had an activation energy for the relaxation time of 0.64 eV at the high temperatures and its dielectric strength revealed a poss ible d efec t cross-over at T e = 190 K. Far below this tempera ture the activation energy was 0.38 eV, tha t is about half of that necessary for a pair of ion d efects to form. In comparison with the results of other authors, a lower concentration of ionic defec ts, or possibly of Bjerrumion aggregates, was d educed to occur in our crystals. Inert-gas hos t molecules were proposed as a possible origin of the two other spectra, having relaxation times shorter tha n the "Debye spectrum" and energies of 0.33 eV and 0.37 eV. Moreover the 0.33 eV spectrum, whose dielectric strength appears at a temperature below Tc, might a lternatively be rela ted to the cross-over of the " Debye spectrum". RESUME. Nlesures des proprietis electriques de monocristaux de g lace Ih par des techniques d ' admittance et de depolarisation thermique. Des monocristaux de glace ont ete etudies par des techniques die lectriques et par la methode du COUI·ant de depolarisation thermique (C.D.T. ) correspondant respectivement it des temps de relaxation d e 10510 set 1010' s. Le spec tre de relaxation a ete a nalyse et 3 de ses composantes ont ete etudiees. Une cinetique du second ordre es t envisagee par deux d'entre elles (spectre C.D.T. ) conduisant ainsi it un temps d e relaxation obeisssant it la loi d 'Arrhenius. Le spectre Debye correspond it un temps de relaxa tion avec une energie d'ac tivation de 0,64 e V it haute temperature; l'intensite de relaxation presente une anomalie vers T e = 190 K Bien a u-dessous d e ce tte temperature, l'energie d 'activation est de 0,38 eV, c'est a dire la moitie d e l' energie necessaire it la formation d 'un couple d e defauts ioniques. Comparees aux resultats cI 'autres a uteurs, ces donnees cond uisent dans le cas cle nos echanti llons it une concentration en defauts ioniques (ou aggregats io ndefauts de Bjerrum) plus faible. Une origine poss ible de cleux autres composantes du spectre pourrait etre associee it la presence de molecules de gaz mixte en insertion: les temps d e relaxation sont a lors plus courts que dans le cas de la relaxation de Debye etl 'energie d 'ac ti va tion est d e 0 ,33 et 0,37 eV. En outre, la composante correspondant a l'energie d 'activation 0,33 eV et dont l' intensite d e relaxa tion es t nota ble en-dessous d e T e pourrait e tre reliee it l'anomalie cl e la rela xation Debye observee vers Tc. ZUSAMMENFASSUNG. M essUlIgen der elektrischen Eigenschaflerz von Eis-Ih-Einkristallen mittels Admittanz "lid thermisch stimulierter Depolarisatiollsveifahrerz. Eis-Ih-Einkrista lle wurclen durch Admittanzund thermisch stimulierte Depolarisations(TSD-)Verfahren im Bereich d er Relaxationszeiten 10510 s bzw. 10104 s untersucht. Das Relaxationsspektrum wurde a ufgelost unci drei Anteile davon wurden un tersucht. Kinetik zweiter Ordnung muss te fUr zwei cler TSD-Spektren angenommen werden, urn Relaxationszeiten vom Arrheniustyp zu erhalten. Das " Debye-Spektrum" ha tte bei den hohen T emperaturen eine Aktivierungsenergie fUr die Relaxationszeit von 0,64 eV und sein dielektrischer Relaxationsbetrag zeigte eine mogliche FehlerUbernahme bei T e = 190 K. W eit unterhalb dieser T emperatur betrug die Aktivierungsenergie 0,38 eV; dies ist ungefahr die H a lfte dessen was fUr die Bildung eines Ionenfehlerpaares notig ist. Aus dem Vergleich mit d en Ergebnissen anderer Verfasser wurde eine nieclrigere Konzentra tion der Ionenfehler, oder moglicherweise Bjerrum-Ionen-Aggrega te, flir unsere Krista lle abgeleite t. Inerte GasgastmolekUle werden a ls mogliche Ursache der beiden anderen Spektren vorgeschlagen; sie haben kUrzere Relaxationszeiten a ls das " Debye-Spektrum" und Energien von 0,33 eV und 0,37 eV. Das 0,33 eV-Spektrum, dessen Rclaxationsbetrag bei einer T emperatur unterhalb Te auftritt, konnte wahlweise zum Ubergang des " Debye-Spektrums" in Beziehung gesetzt werden.