Динаміка кристалічних граток та симетрія енергетичних станів в неметалічних кристалах, що містять пірамідальні структурні елементи XY3 - Автореферат

В нелінійній оптиці, акустооптиці, електрооптиці та інших галузях оптоелектроніки оксидні матеріали і матеріали на основі елементарних або бінарних сполук успішно замінюються складними композиціями, до складу яких входить три і більше хімічних елементів. В кристалах вони можуть розміщуватись самим різноманітним чином: входити як окремі молекули або іони (наприклад, ASJ3, SBJ3, BIJ3); створювати ланцюги, які потім ще можуть закручуватись у спіралі (наприклад, кристали пруститу і піраргіриту); входити до складу шарів, але вже у вигляді більш складних структурних елементів (різноманітні силікати); і навіть завдяки своєму розміщенню в кристалі, надавати цим кристалам унікальних властивостей - наприклад, гіротропію таких кристалів як йодат літію та сульфат літію-калію. Робота виконана на кафедрі експериментальної фізики Київського університету імені Тараса Шевченка у відповідності з держбюджетними темами Міністерства освіти України №61 "Оптичні властивості, особливості електронної структури та колективні ефекти в неметалічних кристалах", 97014 "Спектроскопія низькосиметричних та низькорозмірних систем" та в рамках програми ДКНТПП "Неметалічні матеріали на основі складних неорганічних сполук" і відповідає науковому напрямку "Нові матеріали". Задачами, що розвязуються в роботі, є дослідження динаміки кристалічних ґраток та визначення симетрії енергетичних станів в кристалах із структурними елементами XY3 та їх найближчими похідними. В експериментальному плані була поставлена задача прецизійних температурних вимірювань, в тому числі при глибокому охолодженні до гелієвого діапазону температур, спектрів комбінаційного розсіяння світла першого та другого порядків та спектрів інфрачервоного поглинання та відбивання, а в теоретичному - одержати аналітичний розвязок задачі про знаходження форм нормальних коливань пірамідальної молекули XY3, іонів X2Y6, X2Y7, а також кристалів, до складу яких вони входять як структурні елементи, та дослідити, як ці коливання модифікуються в різному кристалічному оточенні, а також з використанням методів побудови проективних представлень груп встановити симетрію енергетичних станів структурних елементів та кристалів із врахуванням їх інваріантності до інверсії часу.У вступі обґрунтовано актуальність теми досліджень, сформульована мета та визначені конкретні задачі роботи, показані новизна та практичне значення одержаних результатів, викладені положення, що виносяться на захист, коротко визначено зміст кожного розділу дисертації. Розділ перший присвячено огляду літератури за темою, а саме: розглянуті літературні дані з форм нормальних коливань пірамідальних молекул та структурних елементів на їх основі, структури кристалів a-LIJO3 та попередніх досліджень фононних спектрів гексагональної модифікації цих кристалів; надана загальна характеристика структури та коливальних спектрів силікатів. На основі проведеного аналізу літературних джерел встановлено, що існуючі в літературі форми нормальних коливань пірамідальних молекул ХУ 3 та більш складних структурних утворень на їх основі мають деякі неточності, які виникають внаслідок недотримання вимог ортогональності власних коливальних функцій, що є лінійними комбінаціями коливальних (динамічних) симетризованих координат або симетризованих зміщень - базисних векторів в просторі зміщень, що перетворюються по незвідним представленням групи симетрії. Досить активно цей кристал досліджувався і в останнє десятиріччя, але з близько 60 опублікованих статей автору відомо тільки про дві, присвячені фононним станам в йодаті літію, що свідчить про те, що з точки зору дослідників вони вивчені остаточно. Але деякі питання, на наш погляд, потребують подальшого розвитку, а саме: (1) потребують пояснення неузгодження в описі структури кристалу a-LIJO3 та яким чином гіротропія в ньому звязана з групою JO3-; (2) залишилися недослідженими спектри комбінаційного розсіяння при температурах нижчих 5К; (3) залишилися поза увагою спектри другого порядку; (4) в той час як досить детально в цих кристалах досліджені енергетичні спектри поляритонних станів і їх дисперсія поблизу центра зони Брілуена (ЗБ), теоретичні розрахунки дисперсії елементарних збуджень по всій ЗБ не проводились, так само як і не враховувалась інваріантність енергетичних станів до інверсії часу в точках, що не лежать в її центрі - точці Г; (5) не прийшли попередні дослідники до єдиної думки щодо правомірності розгляду цих кристалів як квазімолекулярних.З цього розвязку також витікає нерухомість атома X в квазідеформаційному нормальному коливанні (частота цього коливання, якщо вважати незначними зміни пружних силових констант молекули, практично не повинна залежати від маси атома X); рух атомів Y в цьому ж квазідеформаційному нормальному коливанні відбувається в одній площині - площині, що проходить через рівноважні положення атомів Y; неможливість руху атомів Y в нормальних коливаннях із зсувом фаз по відношенню один до одного на . Основними відмінностями одержаних

Основний зміст роботи