Спектри раманівського розсіювання та фазові переходи в змішаних кристалах сімейства КDP - Автореферат

ХАРКІВСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ ім. Автореферат дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата фізико-математичних наукУ дисертації методом раманівського розсіювання досліджено вплив окремих структурних груп на механізми формування низькотемпературних фероелектричної, антифероелектричної фаз та фази структурного скла в змішаних кристалах K1-x(NH4)XH2PO4 і Rb1-x(NH4)XH2PO4, а також розвинуто уявлення стосовно механізму антифероелектричного фазового переходу в кристалах сімейства KDP. Встановлено, що перестрибкові процеси, повязані зі зміною положення центра мас іонів амонію, модулюють усі внутрішні коливання іонів амонію, а також лібраційні коливання фосфатних іонів. Встановлено, що формування стану дипольного скла відбувається в два етапи: при температурах ~ 110-120К має місце фіксація іонів NH4 у решітці змішаних кристалів, що призводить до формування антифероелектричних кластерів; при температурах ~ 50-70К відбувається утворення фероелектричної кластерної структури. Экспериментально получены и идентифицированы рамановские спектры со всеми возможными компонентами тензора рассеяния в кристалле K0,26A0,74DP в антисегнетоэлектрической фазе в диапазоне частот 0?3500см-1. Установлено, что в смешанных кристаллах Rb1-х(NH4)XH2PO4 при понижении температуры имеют место структурные изменения, аналогичные наблюдаемым в изоморфных кристаллах K1-x(NH4)XH2PO4, на что указывают аномалии, обнаруженные на температурных зависимостях параметров линий, соответствующих либрационному и внутренним колебаниям ионов аммония, а также полученные значения энергии активации переориентационных процессов с участием ионов аммония.Це вимагає вирішення великого кола найважливіших наукових питань та детального дослідження фазових діаграм концентрація-температура складних багатокомпонентних систем, у яких можуть існувати різні типи далекого порядку (феро-, антифероелектричниий) і за певних умов виникати неупорядковані стани. Завдяки унікальним оптичним властивостям кристали цього сімейства знаходять широке застосування як основні елементи в пристроях відображення, керування і перетворення лазерного випромінювання, датчиків у пєзоакустичних перетворювачах і т.д. Разом з тим слід зазначити, що, незважаючи на більш, ніж 70-річну історію вивчення кристала KDP, на сьогоднішній день немає єдиної точки зору на механізм фероелектричного фазового переходу в цьому кристалі. Експериментальні дані щодо фазового переходу до антифероелектричного стану, який реалізується в кристалі дігідрофосфату амонію (ADP), украй нечисленні і несистематизовані, що, мабуть, повязано з тим, що фазовий перехід у кристалі ADP є переходом першого роду з великим електрострикційним ефектом і супроводжується повним руйнуванням кристала. Дотепер немає однозначної думки навіть про те, чи є стан скла у фероелектриках фазою в звичному розумінні цього слова, тобто чи існує термодинамічний фазовий перехід до цього стану.На підставі аналізу сучасного стану проблем стосовно механізмів та природи фазових переходів у кристалах сімейства KDP сформульована мета дисертаційної роботи і визначені задачі дослідження; подано основні наукові і практичні результати, здобуті в роботі; наведені відомості про публікації за темою дисертації та апробацію роботи. У першому розділі “Впорядковані та невпорядковані стани в змішаних кристалах сімейства KDP” проведено огляд літературних джерел, повязаних з теоретичним та експериментальним дослідженням природи та механізмів фазових переходів до різноманітних низькотемпературних станів, що реалізуються в цих кристалах. Показано, що незважаючи на величезний обсяг експериментальних та теоретичних досліджень кристалів сімейства KDP, на цей час відсутня досконала теорія фазових переходів в цих кристалах, котра могла би надати переконливе пояснення усіх відомих експериментальних фактів. Третій розділ “Аналіз раманівських спектрів фундаментальних коливань у змішаному кристалі k0,26a0,74dp у пе та афе фазах” містить результати теоретико-групового аналізу фундаментальних коливань у кристалі (NH4)H2PO4 у параелектричній та антифероелектричній фазах. Наведені раманівські спектри кристала k0,26a0,74dp в обох фазах з усіма можливими компонентами тензора розсіювання та проведено ототожнення ліній спектрів з конкретними коливальними модами.Дослідження температурної еволюції раманівських спектрів змішаних кристалів K1-x(NH4)XH2PO4 у широкому інтервалі концентрацій та температур в області частот лібраційного коливання іонів NH4 виявили аномалії у поведінці інтегральної інтенсивності, частоти та напівширини відповідної лінії. Наприклад, в обох кристалах при зниженні температури має місце лінійне зростання частоти лінії внутрішнього коливання n2 типу, що спостерігається в спектрах з XY компонентою тензора розсіювання, яке припиняється при температурах порядку 110-120К (рис.1). При подальшому зниженні температури спектральне положення лінії залишається практично незмінним аж до гелієвих температур для кристала K0.68A0.32DP, а для кристала K0.26A0.

2. Основний зміст роботи