.

Фото- та термоіндуковані явища у потрійних халькогенідних сегнетонапівпровідниках з неспівмірними фазами: Автореф. дис… д-ра фіз.-мат. наук / Ю.П. Г

Язык: украинский
Формат: реферат
Тип документа: Word Doc
0 2844
Скачать документ

НАЦІОНАЛЬНА АКАДЕМІЯ НАУК УКРАЇНИ
ІНСТИТУТ ФІЗИКИ НАПІВПРОВІДНИКІВ

ГОЛОЛОБОВ ЮРІЙ ПАВЛОВИЧ

УДК 621.315.592

ФОТО– ТА ТЕРМОІНДУКОВАНІ ЯВИЩА У ПОТРІЙНИХ
ХАЛЬКОГЕНІДНИХ СЕГНЕТОНАПІВПРОВІДНИКАХ
З НЕСПІВМІРНИМИ ФАЗАМИ

01.04.10 – фізика напівпровідників і діелектриків

Автореферат
дисертації на здобуття наукового ступеня
доктора фізико-математичних наук

Київ – 1999

Дисертацією є рукопис

Робота виконана в Інституті фізики напівпровідників Національної академії
наук України

Науковий консультант
Доктор фізико-математичних наук Мачулін Володимир Федорович,
Інститут фізики напівпровідників НАН України, завідувач відділом

Офіційні опоненти:

Доктор фізико-математичних наук, Прокопенко Ігор Васильович,
Інститут фізики напівпровідників НАН України, завідувач відділом;

Доктор фізико-математичних наук, професор Поперенко Леонід Володимирович, Київський університет ім. Тараса Шевченка, завідувач кафедри;

Доктор фізико-математичних наук, професор Раранський Микола Дмитрович,
Чернівецький Державний університет ім. Юрія Федьковича, завідувач кафедри.

Провідна установа: Інститут фізики НАН України, м.Київ.

Захист відбудеться “29” жовтня 1999 р. о 1415 на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 26.199.02 Інституту фізики напівпровідників НАН України, м.Київ,
03028, проспект Науки, 45.

З дисертацією можна ознайомитися у бібліотеці Інституту фізики напівпровід-ників НАН України, м.Київ, 03028, проспект Науки, 45.

Автореферат розісланий “23” вересня 1999 р.

Вчений секретар
спеціалізованої вченої ради Іщенко С.С.

Актуальність теми. Дослідження механізмів фізичних процесів, що відбуваються у кристалах під час структурних фазових перетворень, залишається одним з провідних напрямків розвитку фізики твердого тіла. Останнім часом невпинно зростає увага до переходів, пов’язаних з утворенням неспівмірних фаз (НСФ) – модульованих структур, в яких період хвилі зміщень атомів, що відбуваються внаслідок структурної перебудови симетричної фази, є неспівмірним з періодом кристалічної гратки. Необхідність побудови теорії фазових переходів у реальних кристалах з НСФ потребує глибокого розуміння природи та механізмів виникнення і трансформації з температурою їх кристалічної структури. Це, у свою чергу, викликає потребу у проведенні експериментальних досліджень, спрямованих на виявлення особливостей поведінки фізичних властивостей таких кристалів не тільки у температурному інтервалі існування неспівмірної фази, але і за його межами. Результати перших досліджень, проведених у цьому напрямку, виявили існування сукупності нових ефектів (аномальний температурний гістерезис, виникнення метастабільного хаотичного стану, ефект термічної пам’яті тощо), які зумовлені впливом дефектів структури. Зокрема, ряд особливостей незвичайної поведінки фізичних властивостей кристалів у неспівмірній фазі пояснюється в рамках взаємодії модульованої структури з системою періодично розташованих точкових дефектів. Виникнення такої системи обумовлене зменшенням величини енергії активації дефектів у місцях найменших зміщень хвилі модуляції структури. Внаслідок цього виникає просторова неоднорідність концентрації дефектів – “хвиля густини дефектів”, період якої за умови термодинамічної рівноваги співпадає з періодом модуляції структури. Вплив системи дефектів на структурну перебудову кристалічної гратки стає найбільш відчутним при зміні температури, особливо в умовах, за яких “хвиля густини дефектів” завдяки інерційності процесів дифузії не встигає перебудовуватися у відповідності зі змінами структури кристалу. За таких умов модульована система дефектів буде виступати як піннінгуючий центр, який затримує зміни модуляції структури, внаслідок чого при певних умовах може спостерігатися навіть руйнування гратки модуляції структури. Отже, вивчення процесів перебудови кристалічної структури, що відбуваються у кристалах з НСФ при швидкій або періодичній зміні температури, є однією з актуальних та важливих задач фізики фазових переходів.
Об’єкти досліджень – кристали Ag3AsS3 (прустит), TlGaSe2 та TlInS2 цікаві також з точки зору практичного використання, оскільки вони знаходять широке застосування у приладах нелінійної оптики, інфрачервоного приладобудування, тензиметрії та акустоелектроніки. Зокрема, на їх основі створено швидкісні селективні приймачі лазерного випромінювання оптичної та ближньої інфрачервоної (ІЧ) частини спектру, параметричні перетворювачі ІЧ-випромінювання, тензодатчики та лінії затримки, які керуються електричним полем. Більш широкому практичному застосуванню зазначених кристалів певною мірою заважають необоротні зміни їх фізичних властивостей, що виникають під час експлуатації приладів за рахунок дії різноманітних зовнішних чинників, таких, як швидка або періодична зміна температури, електромагнітне випромінювання, механічні деформації, електричне поле, тощо. Тому дослідження відомих та виявлення нових фізичних явищ, індукованих чи стимульованих зазначеними зовнішними чинниками, мають не тільки загальнофізичний інтерес, але й важливі з точки зору розробки рекомендацій для поліпшення експлуатаційних характеристик приладів, елементною базою яких є зазначені кристали. Отже, вибрана тема досліджень є актуальною як у науковому, так і у прикладному відношенні.
Зв’язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Робота відповідає науковому напрямку “ Дослідження конденсованого стану речовини у нерівноважних та екстремальних умовах” та основним науковим напрямкам діяльності Інституту фізики напівпровідників НАН України, закріпленним його Статутом, і виконувалася у відповідності до тем:
1. “Дослідження динаміки нерівноважних дефектів, що обмежують функціональні параметри напівпровідникових матеріалів і структур у процесі їх природньої і стимульованої деформації” – Розпорядження Президії АН УССР від 29.03.1991 р. № 321;
2. “Дослідження і моделювання нерівноважних електронних процесів масопереносу і структурно-фазових перетворень на поверхні напівпровідників та у шаруватих структурах. Розробка на їх основі нових приладів і технологій” – Постанова Бюро Відділення фізики та астрономії НАН України від 20.12.1994 р. № 9;
3. “Розробка фізико-хімічних основ технологій створення і функціональної діагностики кристалів і структур для реєстрації і перетворення енергії ІЧ–випромінювання на основі напівпроводникових сполук і вузькощілинних твердих розчинів” – Постанова Бюро Відділення фізики та астрономії НАН України від 20.12.1994 р. № 9.
Мета та задачі досліджень. Виявлення нових явищ та дослідження фізичних механізмів структурних перетворень, що виникають у потрійних халькогенідних сегнетонапівпровідниках з неспівмірними фазами (Ag3AsS3, TlGaSe2, TlInS2) під впливом електромагнітного випромінювання оптичного діапазону та швидкої або періодичної зміни температури; визначення умов виникнення під дією зовнішних чинників нерівноважних процесів, що приводять до істотних змін електричних, акустичних та оптичних властивостей об’єктів досліджень.
Для досягнення поставленої мети необхідно було розв’язати такі задачі:
 визначити та дослідити фізичні процеси, що відбуваються у кристалічній гратці кристалів Ag3AsS3 при опроміненні світлом;
 промоделювати вплив граничних типів розупорядкування катіонної підгратки кристалів Ag3AsS3 на інтенсивність рентгенівських дифракційних максимумів, що спостерігаються експериментально;
 визначити основні особливості процесу та механізми структурної перебудови кристалічної гратки пруститу, що відбувається при зміні температури в інтервалі Т= 100  300 К;
 встановити умови виникнення та природу фотолюмінесценції кристалів Ag3AsS3;
 визначити процеси, що зумовлюють особливості поведінки діелектричних та акустичних властивостей пруститу при швидкій зміні температури (dT/dt  1 К/хв);
 встановити вплив морфології зразків TlInS2 на динаміку кристалічної гратки в інтервалі температур Т= 100  300 К;
 визначити механізми фізичних процесів, що обумовлюють трансформацію з температурою неспівмірної фази у кристалах TlInS2;
 дослідити процеси, що відбуваються в кристалах TlGaSe2 внаслідок періодичної зміни температури;
 визначити механізм термопригнічення фазового перетворення, що відбувається у кристалах TlGaSe2 поблизу температури Т= 246 К;
 встановити ефективність застосування методу акустичної емісії для вивчення фазових переходів, пов’язаних з виникненням неспівмірних модульованих структур.
Наукова новизна. В результаті комплексних експериментальних і теоретичних досліджень електричних, акустичних, оптичних параметрів та кристалічної структури сегнетоелектричних кристалів Ag3AsS3, TlGaSe2 та TlInS2, для яких характерним є наявність неспівмірної фази у певному інтервалі температур, вперше отримано такі наукові рузультати:
1. Встановлено, що при температурі Т  300 К під дією електромагнітних хвиль оптичного діапазону відбувається структурна перебудова катіонної підгратки кристалів пруститу, яка призводить до виходу атомів срібла в області структурних неоднорідностей. Цей процес відбувається переважним чином у лівогвинтових спіралях (AgS).
2. Встановлено, що підвищення температури затемнених кристалів Ag3AsS3, починаючи з Т  150 К, призводить до переважного розупорядкування правогвинтових спіралей (AgS) внаслідок теплової міграції іонів Ag+. У випадку опромінення зразків монохроматичним світлом з довжиною хвилі  = 630 нм або поліхроматичним світлом при температурі Т  150 К починається процес пришвидченого терморозупорядкування як право-, так і лівогвинтових спіралей (AgS).
3. Експериментально зареєстровано фотолюмінесценцію кристалів Ag3AsS3 і встановлено, що її природа обумовлена випромінювальними переходами з енергетичних рівней у забороненій зоні, зумовлених атомами срібла.
4. Встановлено, що періодична зміна температури кристалів TlInS2 істотньо впливає на величину хвильового вектора неспівмірної модульованої структури і призводить до поступової трасформації останьої у хаотичну структуру.
5. Виявлено і досліджено новий ефект – термопригнічення фазових переходів в кристалах TlGaSe2, який полягає у зникненні ФП внаслідок періодичної зміни температури у певному інтервалі.
Практичне значення одержаних результатів. Серед основних результатів, що мають важливе прикладне значення для напівпровідникового матеріалознавства і приладобудування, слід зазначити такі:
1. Освітлення при кімнатній температурі кристалів Ag3AsS3 тепловим випромінюванням, максимуму спектра якого відповідає довжина хвилі max= 938 нм, приводить до виходу атомів срібла в області структурних неоднорідностей та на поверхню кристалітів, що зумовлює необоротні зміни фізичних властивостей пруститу.
2. Зміна температури зразків зі значною швидкостю (dT/dt  1 К/хв) на відміну від квазістаціонарного режиму в інтервалі Т = 100  220 К призводить до істотних невідтворюваних змін акустичних та діелектричних властивостей кристалів Ag3AsS3. Виявлені ефекти накладають істотні обмеження на умови практичного використання кристалів пруститу.
3. Ефект фотоструктурної пам’яті в Ag3AsS3 спостерігається не тільки поблизу температури виникнення спонтанної поляризації (Т  28 К), а і при значно вищий температурі Т  150 К.
4. Для кристалів пруститу вперше експериментально зареєстровано фотолюмінесценцію – явище, яке є одним з найбільш інформативних при дослідженнях характеристик дефектів у напівпровідникових сполуках. Визначено умови збудження та температурний інтервал існування фотолюмінесценції від трьох основних кристалографічних зрізів Ag3AsS3.
5. Періодична зміна температури в інтервалі Т = 100  295 К призводить до термопригнічення фазового переходу, який відбувається у кристалах TlGaSe2 при температурі Т  246 К, та до релаксаційних процесів зміни структури кристалів TlInS2. Визначено мінімальний час перебування кристалів TlInS2 та TlGaSe2 при кімнатній температурі, необхідний для відновлення їх фізичних властивостей.
6. В інтервалі температур Т = 295  420 К визначено значення частот при вимірюваннях на яких електропровідності кристалів пруститу можно знехтувати внеском приелектродних зон в імпеданс системи “електрод(Ag)–кристал (Ag3AsS3)–електрод (Ag)”.
Апробація результатів дисертації. Основні результати, що викладено у дисертації, доповідалися та обговорювалися на таких конференціях:
XIII Всесоюз. конф. по акустоэлектронике (Черновцы, 1986), XI Всесоюз. конф. по физике сегнетоэлектриков (Черновцы, 1987), XIV Всесоюз. конф. по акустоэлектронике (Кишинев, 1989), Региональная конференция “Динамические задачи механики сплошной среды” (Краснодар, 1990), XV Всесоюз. конф. по акустоэлектронике (Ленинград, 1991), V Всесоюз. школа-семинар по физике сегнетоэластиков (Ужгород, 1991), IX Теплофизическая конференция СНГ (Махачкала, 1992), Региональная конференция “Динамические задачи механики сплошной среды” (Краснодар, 1992), XIІІ Всесоюз. конф. по физике сегнетоэлектриков (Тверь, 1992), 6th Conf. “Acoustoelectronics 93” (Varna, Bulgaria, 1993), Intern. Symp. on Surface Waves in Solids and Layered Structures (Moscow–St.Petersburg, Russia, 1994), 14-th Intern. Conf. On Utilithation of Ultrasonic methods in Condensed Matter.– (Zilina, Slovak Republic, 1995), XIV Всерос. конф. по физике сегнетоэлектриков (Иваново, Россия, 1995), ХІІІ Національна. школа–семінар з міжнародною участю “Спектроскопія молекул та кристалів” (Суми, Україна, 1997), Intern. Symp. on Acoustoelectronics, Frequency Control and Signal Generation; Surface Waves in Solids and Layered Structures.– (St.Petersburg, Russia, 1998).
Публікації. Основні результати дисертації опубліковано в 38 наукових роботах, перелік яких міститься у кінці автореферату (4 статті – одноосібні).
Особистий внесок. У дисертаційній роботі узагальнено результати досліджень, виконаних автором самостійно [17–20], а також разом зі співавторами [1–16, 21–38]. У спільних роботах автору належать: вибір тематики та об’єктів досліджень, постановка конкретних експериментальних та теоретичних задач, вибір застосованих експериментальних методів досліджень, виконання або беспосереднє керівницто вимірюваннями, інтерпретація та теоретичне узагальнення одержаних результатів, написання наукових статей. У роботах [16, 20] автором проведено експериментальні дослідження розупорядкування катіонної пігратки кристалів пруститу і запропоновано відповідні моделі. Значна частина результатів, наведених у дисертації, доповідалася автором особисто на наукових конференціях та семінарах.
Структура і обсяг дисертації. Дисертація складається з вступу, 5 розділів (кожний з яких починається з стислої оглядової частини), загальних висновків та списку використаних джерел у кількості 331 найменування. Загальний обсяг дисертаційної роботи складає 261 сторінку, у тому числі 72 рисунка та 19 таблиць.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обгрунтовано актуальність теми дисертаційної роботи, сформульовано основну мету та задачі досліджень, визначено наукову новизну і практичне значення одержаних результатів, обгрунтовано достовірність отриманих експериментальних результатів, наведено інформацію про апробацію результатів досліджень, а також структуру дисертації та особистий внесок автора у роботи, які опубліковано разом зі співавторами.
У першому розділі повідомляється про результати дослідження фотоіндукованих явищ та терморозупорядкування катіонної підгратки кристалів пруститу (Ag3AsS3).
Виявлено, що освітлення полікристалічних зразків Ag3AsS3 тепловим випромінюванням, максимуму спектра якого відповідає довжина хвилі max= 938 нм, приводить до зміни інтегральної інтенсивності ряду структурних рентгенівських максимумів та появи на дифрактограммах нових рефлексів. Проведений аналіз показав, що додаткові рефлекси відповідають утворенню під дією світла фази кристалічного срібла. Наприклад, на рис. 1 показано фрагменти дифрактограм пруститу після опромінювання на протязі різного часу. Як видно, поряд зі структурним максимумом пруститу (31.2) після 120 годин опромінювання зареєстровано новий рефлекс, який відповідає найбільш інтенсивному максимуму (111) кристалічного срібла. При збільшенні часу опромінювання інтенсивність рефлексу (111) зростає і після 170 годин навіть перевищує інтенсивність рефлексу (31.2) пруститу. Ретельний аналіз дифрактограмм, отриманих після тривалого опромінювання, не виявив появи рефлексів інших фаз, що свідчить про відсутність фотохімічних реакцій розпаду кристалів Ag3AsS3.

Рис. 1. Фрагменти дифрактограм пруститу після опромінювання поліхроматичним світлом на протязі різного часу (години):
1 – 20, 2 – 60 , 3 – 120, 4 – 170 (Fe K–випромінення).

Експериментальні результати проаналізовано з застосуванням запропонованих різних типів розупорядкування катіонної підгратки, які враховують особливості структури пруститу. Специфіка останньої полягає у наявності ліво- та правогвинтових спіралей (AgS), які утворюють дві взаємопроникаючі катіонні підгратки, не пов’язані між собою. Для кожної з спіралей (AgS), осі яких паралельні оптичній осі С, зайняті іонами Ag+ позиції чергуються з вакантними. Тому в елементарній гексагональній комірці кристалів пруститу з 36 позицій іонами Ag+ зайняті тільки 18. Структурну амплітуду S(q) кристалів Ag3AsS3 можна подати у вигляді суми структурних амплітуд трьох відповідних підграток:

S(q) = SAg(q) + SAs(q) + SS(q), (1)
де SAs(q) = fAs(q) BAs(q) exp(-2i qR(As)j),
SS(q) = fS(q) BS(q) exp(-2i qR(S)j).
Структурну амплітуду підгратки срібла запропоновано розглядати у вигляді 4 доданків, кожний з яких характеризує заселеність чотирьох типів позицій:

SAg(q)=fAg(q) BAg(q) [ PA exp(-2i qR(A)j) + PB exp(-2iqR(B)j) +
+ PVA exp(-2i qR(VA)j) + PVB exp(-2i qR(VB)j) ] (2)
У формулах викорастано такі позначення: fi(q) – атомна функція розсіяння атомів і-сорту; q – вектор розсіяння; Bi(q) = exp (–Mi) – фактор Дебая-Валлера для атомів і-сорту; А – основні, VA – вакантні позиції у лівогвинтових, B та VB – відповідні позиції у правогвинтових спіралях; R(A)j, R(B)j, R(VA)j, R(VB)j, R(As)j, R(S)j – вектори кристалографічних позицій відповідних підграток; Pi=ni/9, де ni –середня кількість атомів срібла в i-підгратці.
Оскільки інтенсивність дифракційного максимума I(q)  S(q)2, то аналіз розрахованих за наведеними формулами залежностей S(q)2= f(P) дозволив оцінити вплив того чи іншого типу розупорядкування підгратки срібла на інтенсивність структурних максимумів з різними індексами (hkl). Було розглянуто 12 можливих граничних типів розупорядкування катіонної підгратки кристалів пруститу. Розрахунки показали, що експериментальні результати можна пояснити, якщо вважати, що домінующим є процес розупорядкування підсистеми іонів Ag+ у лівогвинтових спіралях з подальшим виходом атомів срібла в області структурних неоднорідностей та на поверхню кристалітів.
Виявлено, що для чотирьох структурних максимумів затемнених зразків Ag3AsS3, а саме, (23.2), (20.2), (31.2) та (12.2), існують два температурні інтервали, у межах яких характер залежності їх інтенсивностей від температури принципово різний: при підвищенні температури від Т = 100 К до Т = 140160 К інтенсивність рефлексів зменшується (нормальна залежність), а при більш високих температурах (до Т = 300 К), навпаки, збільшується (аномальна залежність). Про наявність певних структурних змін, що відбуваються у кристалічній гратці пруститу при Т  150 К, свідчать також аномалії акустичних властивостей, зокрема, значний максимум на температурній залежності інтенсивності акустичної емісії поблизу Т=150 К. Показано, що зазначені особливості фізичних властивостей кристалів Ag3AsS3 можна пояснити термічним розупорядкуванням переважним чином тієї частини катіонної підгратки, яка утворена правогвинтовими спіралями (AgS).
Виявлено, що освітлення зразків пруститу світлом з довжиною хвилі =0.63 мкм або поліхроматичним світлом принципово змінює характер температурних залежностей чотирьох зазначених дифракційних максимумів. Для них, як і для усіх інших досліджених рефлексів, в інтервалі температур Т = 100  300 К спостерігається класичне зменшення інтенсив-ностей при збільшенні температури. Одночасно показано, що освітлення кристалів Ag3AsS3 призводить до появи аномалій на температурних залежностях швидкості поздовжніх ультразвукових хвиль (УЗХ), що поширювалися уздовж трьох основних кристалографічних напрямків. Найбільш значну аномалію у вигляді стрибка зареєстровано для УЗХ, яка поширювалася уздовж оптичної осі С. Отримані експериментальні результати пов’язуються з фотоіндукованим процесом прискоренного розупорядкування усієї підгратки пруститу, який починається при Т  150 К.
Для кристалів Ag3AsS3 вперше зареєстровано фотолюмінесценцію (ФЛ). Показано, що опромінювання при Т=7 К світлом з довжиною хвилі =510 нм будь-якого з трьох основних кристалографічних зрізів пруститу приводить до виникнення ФЛ незалежно від поляризації світла. Для спектрів ФЛ характерна суттєва анізотропія та наявність декількох смуг, кількість, інтенсивність та енергетичне положення яких змінюється з температурою. Зокрема, спектр ФЛ від У-зрізу кристалів Ag3AsS3 при Т=7 К складається з двох смуг: основної, максимум якої припадає на довжину хвилі 1=583 нм, та смуги її фононного повторення, яка пов’язана з випромінюванням оптичного фонона з енергією ETO= 0.045 еВ. Показано, що природа ФЛ пов’язана з випромінювальними переходами з домішковового рівня, обумовленного атомами срібла. Температурне гасіння ФЛ відбувається шляхом виключення зазначеного рівня з процесу випромінювання завдяки стрибкоподібній зміні ширини забороненної зони, яка має місце під час сегнетоелектричного фазового переходу при Тс  28 К.
У другому розділі представлено результати дослідження виявленого термоіндукованого ефекту, який полягає у виникненні при швидкій зміні температури (dT/dt  1 К/хв) пікоподібних аномалій на температурних залежностях акустичних та діелектричних властивостей кристалів пруститу.
Виявлено, що на температурній залежності інтенсивності акустичної емісії N(T) кристалів Ag3AsS3 (N – кількість акустичних імпульсів за одиницю часу) окрім найбільш інтенсивного максимума при Т= 150 К, який відповідає початку пришвидченого терморозупорядкування катіонної підгратки і відтворюється при усіх значеннях dT/dt (в межах 0.5  10.0 К/хв), при dT/dt  1 К/хв з’являються нові максимуми. Величини, кількість та температурне положення останніх відрізняються для різних зразків, виготовлених навіть з одного зливку. Типові залежності N(T) для кристалів Ag3AsS3 при двох різних значеннях швидкості зміни температури dT/dt наведено на рис. 2.
Показано, що для піків, які при dT/dt  1 К/хв виникають на температурних залежностях діелектричної проникності  кристалів пруститу, що вимірюється ємносним методом, характерним є розмірний ефект. Так, поступове механічне стоншення товщини зразка пруститу призводить до зміни величин, кількості та температурного положення піків, а при деякій мінімальній товщині зразка піки на залежностях С(Т) взагалі зникають. При цьому сама залежність набуває вигляду, який є характерним для повільної зміни температури (dT/dt  1 К/хв). Виявлено, що при сталій величині dT/dt зменшення вимірювальної частоти також призводить до зникнення піків на залежності С(Т). Наприклад, на рис. 3 наведено температурні залежності ємності зразка пруститу при різних частотах та незмінній величині швидкості зміни температури. Сукупність отриманих експериментальних даних свідчить про резонансний характер піків діелектричної проникності.
Досліджено особливості виникнення піків ємності при різних початкових умовах та вплив на їх характеристики освітлення зразків електромагнітними хвилями оптичного діапазону. Виявлено, що пригнічення піків можна досягти шляхом освітлення кристалів поліхроматичним світлом від лампи розжарювання або монохроматичним світлом з довжиною хвилі =0.63 мкм.
Показано, що аномальна поведінка акустичних та діелектричних властивостей кристалів Ag3AsS3 при dT/dt  1 К/хв обумовлена термічно нерівноважними процесами. Проаналізовано можливі механізми таких процесів. Природа виявленого ефекту пов’язується з термічною міграцією іонів срібла, яка при значних швидкостях зміни температури приводить до виникнення просторової неоднорідності кристалів пруститу.
У третьому розділі повідомляється про результати досліджень фізичних процесів у кристалах TlInS2–талій-індієвого дисульфіду, що обумовлені перебудовою кристалічної гратки при зміні температури в інтервалі Т = 100  300 К.
Зареєстровані особливості температурної поведінки діелектричної проникності та коефіцієнта поглинання поздовжніх ультразвукових хвиль в кристалах різних технологічних партій свідчать про існування двох різних модифікацій кристалів TlInS2, які відрізняються динамікою фазових перетворень. Зокрема, сегнетоелектричний фазовий перехід (ФП) відбувається у них при різних температурах : Тс =195 К (тип І) та Тс =202 К (тип ІІ). Аналіз температурних залежностей коефіцієнта поглинання УЗХ виявив, що зазначені ФП необхідно описувати за допомогою різних параметрів порядку. Рентгенодифрактометричні дослідження кристалів обох типів показали, що їх елементарні комірки мають однакове значення параметра с=14.92 . В той же час величини інтегральних інтенсивностей забороне-

Рис. 2. Температурні залежності інтенсивності АЕ зразка пруститу Z-зрізу при різних dT/dt: 1 – 0.5 К/хв, 2 – 5.0 К/хв.

Рис. 3. Температурні залежності відносної зміни ємності зразка пруститу Z-зрізу товщиною h = 1.81 мм при dT/dt = 8.0 К/хв (нагрів) на різних частотах (МГц.): 1 – 0.5; 2 – 1.1; 3 – 0.1

них рефлексів типу (00l) з непарними l для них істотньо відрізняються. Така особливість шаруватих кристалів, до яких належить талій-індієвий дисульфід, є однією з типових ознак політипії, обумовленної різною послідовністю пакування шарів.
Дослідження дифракції рентгенівського випромінювання від площини спайності (001) кристалів TlInS2 при різних температурах (Т = 100  300 К) виявили, що для кристалів типу ІІ процес перебудови структури з температурою суттєво відрізняється від наведеного у літературі і характерного для кристалів типу І. Так, надструктурні дифракційні максимуми типу (00.l  ), які безпосередньо свідчать про наявність неспівмірної фази, було зареєстровано в інтервалі температур Т= 147  216 К. Результати аналізу дифрактограм дозволяють зробити припущеня про виникнення при зміні температури просторової неоднорідності кристалів TlInS2, яка обумовлена існуванням ділянок, у межах яких модульовані структури характеризуються різними за величиною параметрами неспівмірності.
Виявлено, що у зазначених кристалах при певних температурах співіснують декілька неспівмірних фаз з різними періодами модуляції. Так, на рис. 4 наведено фрагмент дифрактограми поблизу рефлексу (007) при Т=176 К. Крім рефлексів (позначених СФ), що свідчать про збільшення вчетверо параметра с, на дифрактограмі присутні дві пари симетрично розташованих максимумів, які відповідають двом неспівмірним фазам з різними періодами модуляції структури.
Досліджено температурні залежності параметрів неспівмірності. Порівняння отриманих даних по зміні з температурою кристалічної структури та діелектричних властивостей показує, що сегнетоелектричний ФП не призводить до зникнення неспівмірної модульованої структури, а супроводжується лише трансформацією її хвильового вектора.
Показано, що періодична зміна температури в інтервалі Т = 100  300 К приводить до збільшення довжини хвилі модуляції та поступового перетворення неспівмірної фази у хаотичну фазу, яка уявляє собою сукупність довгоперіодичних модульованих структур з різними параметрами неспівмірності, значення яких змінюються з температурою. Виявлено, що для відновлення фізичних властивостей кристалів TlInS2 необхідною є їх витримка у темряві при кімнатній температурі на протязі  96 годин.
Експериментальні результати проаналізовано з точки зору моделі “хвилі густини дефектів“. Показано, що утворення хаотичної структури може відбуватися внаслідок взаємодії неспівмірної хвилі модуляції структури з системою точкових дефектів. Характер такої взаємодії залежить від швидкості дифузії дефектів, пружних властивостей гратки модуляції, особливостей температурної залежності хвилі модуляції структури, а, отже, від швидкості та періодичності зміни температури зразка.

Рис. 4. Фрагмент дифрактограми поблизу рефлексу (007) кристалу TlInS2 при температурі Т= 176 К під час першого охолодження. НСФ-1 та НСФ-2 – рефлекси, які відповідають неспівмірним фазам, а СФ – рефлекси, що свідчать про збільшення вчетверо параметра с елементарної комірки.
Зареєстровано значну анізотропію поглинання УЗХ у кристалах TlInS2. Для поздовжніх хвиль, що поширювалися перпендикулярно до шарів, максимуми поглинання, які відповідають сегнетоелектричному ФП та перетворенням “симетрична–неспівмірна–співмірна фаза” досить значні за величиною ( 80 дб/см). В той же час, відповідні максимуми на температурних залежностях поздовжніх УЗХ, які поширювалися у двох взаємно перпендикулярних напрямках, що лежать у площині шарів, мають значно меншу величину ( 3 дб/см). Для останнього типу хвиль зареєстровано максимум поглинання поблизу температури Т = 105 К. Цей факт свідчить на користь існування у кристалах TlInS2 ще одного ФП, про виявлення якого повідомлялося раніше у роботах інших авторів.
Зареєстровано появу значних сигналів акустичної емісії (АЕ) при ФП “неспівмірна–співмірна фаза”. Виявлено, що інтенсивність акустичної емісії при зазначеному ФП значно перевищує відповідні значення, зареєстровані при двох інших ФП. Так, при сегнетоелектричному ФП інтенсивність АЕ складає 10, а при утворенні неспівмірної фази 14 від величини відповідної аномалії, яку зареєстровано при переході у співмірну фазу. Виявлені особливості свідчать про перспективність застосування методу АЕ для дослідження lock-in переходів.
У четвертому розділі представлено результати дослідження особливостей фазових перетворень у шаруватих кристалах TlGaSe2 – талій-галієвого диселеніду, в інтервалі температур Т = 80  370 К, при цьому особливу увагу приділено вивченню особливостей вперше виявленого ефекту “термопригнічення” фазових переходів.
Досліджено зміни з температурою діелектричних властивостей TlGaSe2 уздовж та перпендикулярно до площини шарів. Для обох напрямків при температурі Тс  122 К вперше зареєстровано стрибкоподібні зміни діелектричної проникності . Виявлено також її істотню анізотропію: стрибок величини  (складова, яка паралельна площині шарів), значно перевищує відповідні зміни величини . Показано, що для температурної залежності (Т) в інтервалі Т – Тс  40 К виконується закон Кюрі–Вейсса. Отже, експериментальні результати свідчать про наявність у кристалах TlGaSe2 при Тс  122 К сегнетоелектричного ФП, який приводить до виникнення спонтанної поляризації, вектор якої лежить (як і в ізоморфних кристалах TlInS2) у площині шарів. Визначена величина сталої Кюрі–Вейсса (С  3  103 К) є характерною для фазових перетворень типу “порядок–непорядок”.
Наведені результати знаходилися у певному протиріччі з літературними даними, згідно до яких сегнетофаза у кристалах TlGaSe2 існує тільки при Т  107 К. Достовірність наведених експериментальних результатів було пізніше підтверджено незалежним чином. Зокрема, про це однозначно свідчить виявлення для кристалів TlGaSe2 в інтервалі температур Т = 107  123 К петель діелектричного гістерезису.
При Т  107 К зареєстровано значний стрибок коефіцієнта поглинання () поздовжніх УЗХ, що поширювалися уздовж псевдотетрагональної осі, яка перпендикулярна до площини шарів. Так, для УЗХ з частотою 30 МГц величина стрибка складає   150 дб/см. При поширенні поздовжніх УЗХ у площині шарів ніяких змін у їх поглинання поблизу зазначеної температури зареєстровано не було. Виявлені особливості акустичних властивостей кристалів TlGaSe2 пов’язуються зі зміною величини сил зв’язку між шарами, що відбувається при Т  107 К. При зазначеній температурі основні структурні одиниці – тетраедри GaSe4, які лежать у площині шару, не зазнають значної деформації. Ці результати узгоджуються з даними досліджень лінійного коефіцієнта теплового розширення та пружних властивостей кристалів талій–галієвого диселеніду.
Виявлено, що результати перших вимірювань зміни з температурою діелектричних та акустичних характеристик TlGaSe2 у значній мірі відрізняються від таких, які було отримано під час повторних, але без попередньої витримки зразків при кімнатній температурі на протязі значного часу. Показано, що відтворювані дані можна отримати після декількох циклів “охолодження–нагрів” зразків TlGaSe2. У зв’язку з цим було досліджено вплив періодичної зміни температури на фізичні властивості кристалів TlGaSe2. Виявлено новий термоіндукований ефект – “термопригнічення” ФП, який полягає у тому, що періодична зміна температури у певному інтервалі призводить до зникнення деяких ФП. Зокрема, термоциклювання в інтервалі температур Т = 200  293 К призводить до пригнічення в TlGaSe2 ФП, який відбувається при Т  246 К і за літературними даними пов’язаний з виникненням неспівмірної фази. Про це свідчить той факт, що максимуми на температурних залежностях діелектричних, акустичних та оптичних властивостей кристалів TlGaSe2, які зареєстровано поблизу Т  246 К при першому циклі “охолодження–нагрів”, не було виявлено під час другого та усіх наступних неперервних термоциклів. Показано, що після відповідної витримки у темряві при кімнатній температурі фізичні властивості зразків відновлювалися і під час нового початкового термоциклу зазначені аномалії фізичних властивостей знову реєструвалися при Т  246 К. Спеціально проведені дослідження дозволили визначити мінімальний час, необхідний для відновлення початкових фізичних властивостей кристалів TlGaSe2, цей час дорівнює t = 17 годин. Ефект “термопригні-чення” ФП пов’язується з виникненням при термоциклюванні деяких метастабільних утворень, що повільно релаксують з часом.
Для з’ясування природи виявленого ефекту було проведено рентгеноструктурні дослідження кристалів TlGaSe2 при періодичній зміні температури. Незмінність форми кривої качання при Т= 293 К після неодноразового термоциклювання свідчить про те, що ефект термопригнічення ФП не обумовлений зміною субблочної структури дослідженних кристалів. Результати порівняння співвідношень між величинами інтегральних інтенсивностей дозволених та заборонених рефлексів типу (00l) до та після охолодження зразків дозволяють також стверджувати, що періодична зміна температури не приводить до зміни числа дефектів пакування шарів уздовж осі С.
Дослідження повного дифракційного спектра кристалів TlGaSe2 при різних температурах виявили, що для для рефлексів (221) та (13 ), в інтервалі Т = 120  293 К відбувається збільшення інтенсивності з температурою на відміну від усіх інших рентгенівських дифракційних максимумів. Експериментальні дані проаналізовано з точки зору моделі теплової міграції атомів талію по можливим кристалографічним позиціям. Проведено розрахунки залежностей структурної амплітуди рефлексів з різними індексами інтерференції від заселеності атомами талію порожнин трьох різних типів, які існують у кристалічній гратці TlGaSe2. Показано, що аномальна поведінка інтенсивності рефлексів (221) та (13 ) при підвищенні температури може бути обумовлена переходами атомів талію з основних структурних позицій у тетраедричні порожнини. Зроблено припущення, що такий процес міграції супроводжується виникненням довгорелаксуючих метастабільних утворень, поява яких при періодичній зміні температури і призводить до ефекту “термопригнічення” ФП.

У п’ятому розділі наведено результати дослідження за допомогою різних експериментальних методів електропровідності кристалів пруститу, яка при Т  295 К обумовлена термічно активованими іонами срібла.

Рис. 5. Годографи імпедансу (а) та адміттансу (б) зразка Ag3AsS3
Z-зрізу при температурі Т = 293 К. Цифри біля експериментальних точок – частота у кілогерцах.

В інтервалі температур Т= 295  440 К для зразків пруститу трьох основних кристалографічних зрізів досліджено температурні та частотні (= 2102  3107 Гц) залежності комплексного опору системи “електрод–кристал(Ag3AsS3)–електрод“. Проведений за методом Слюйтерса аналіз годографів імпедансу (рис. 5а) та адміттансу (рис. 5б) зазначеної системи, отриманих при різних температурах, дозволив визначити температурно–частотні умови, необхідні для вимірювання дійсної об’ємної електропровідності прустита, яка при температурах Т  295 К майже повністю ( 99 ) обумовлена іонним компонентом. Зокрема, з’ясовано, що при зростанні температури зразків від Т1= 295 К до Т2= 420 К необхідним є підвищення вимірювальної частоти від 1= 1 кГц до 2= 200 кГц. Показано, що заміна блокуючих графітових електродів оборотними срібними суттєво знижує значення критичної частоти, вище за яку внеском приелектродних зон в імпеданс досліджуваної системи можно знехтувати.
Виявлено, що при температурі Т=295 К в інтервалі частот  = 0.1  30.0 МГц електропровідність  кристалів Ag3AsS3 змінюється з частотою за законом Іончера    n, де n = 0.05 для частот   106 Гц та n = 0.2 для частот   106 Гц. Показано, що на частотах  = 18  30 МГц безконтактний метод вимірювання електропровідності, який базується на дослідженні особливостей акустоіонної взаємодії, дозволяє визначати значення високочастотної електропровідності  кристалів пруститу з точністю до 5 .

ВИСНОВКИ

1. Освітлення зразків пруститу (Ag3AsS3) при кімнатній температурі тепловим випромінюванням, максимуму спектра якого відповідає довжина хвилі max = 938 нм, призводить до переважного розупорядкування іонів Ag+ тієї частини катіонної підгратки, що утворена лівогвинтовими спіралями (AgS). Даний процес супроводжується виходом атомів срібла в області структурних неоднорідностей та на поверхню кристалітів, внаслідок чого відбувається утворення фази кристалічного срібла.
2. Підвищення температури затемнених кристалів Ag3AsS3, починаючи з Т  150 К, приводить до термічної міграції іонів срібла з основних кристалографічних позицій у вакантні головним чином у правогвинтових спіралях (AgS). У випадку зразків, освітлених монохроматичним світлом з довжиною хвилі  = 0.63 мкм, при температурі Т  150 К починається процес прискоренного терморозупорядкування усієї катіонної підгратки пруститу (тобто як право-, так й лівогвинтових спіралей (AgS)).
3. Вперше експериментально зареєстровано фотолюмінесценцію кристалів Ag3AsS3. Виявлено, що при температурі Т = 7 К збудження фотолюмінесценції відбувається під дією світла з довжиною хвилі  = 510 нм незалежно від поляризації. Для спектрів фотолюмінесценції характерними є суттєва трансформація з температурою та помітна анізотропія. Температурне гасіння фотолюмінесценції від поверхні пруститу, яка перпендикулярна оптичній осі С, відбувається при температурі Т  47 К, а від двох інших основних кристалографічних зрізів при більш низкий температурі Т  30 К.
4. Швидка зміна температури (dT/dt  1 К/хв) індукує в кристалах пруститу термічно нерівноважні процеси, які призводять до порушення їх просторової однорідності та аномальної поведінки електрофізичних властивостей в інтервалі температур Т = 100  220 К.
5. В кристалах TlInS2 неспівмірна фаза з хвильовим вектором qinc= (0, 0, c*) виникає при температурі Тi  216 К, а збільшення вчетверо параметра с кристалічної гратки відбувається при дещо нижчій температурі Т  207 К. Неспівмірна та співмірна фаза, яка характеризується хвильовим вектором qс= 0.25c* існують одночасно у широкому інтервалі температур, що перевищує 60 К.
6. Сегнетоелектричний фазовий перехід в кристалах TlInS2 не призводить до зникнення неспівмірної модульованої структури, а супроводжується зміною параметра неспівмірності. У сегнетофазі при певних температурах в кристалах талій-індієвого дисульфіду співіснують дві неспівмірності, які характеризуються різними довжинами хвиль модуляції.
7. Внаслідок періодичної зміни температури кристалів TlInS2 відбувається збільшення довжини хвилі модуляції та поступова трансформація неспівмірної фази у хаотичну структуру. Остання являє собою сукупність довгоперіодичних модульованих структур з різними параметрами неспівмірності, що змінюються з температурою. Виявлений ефект пояснюється взаємодією хвилі модуляції з власною системою дефектів кристалічної структури.
8. При температурі Тс = 122 К в кристалах TlGaSe2 відбувається сегнетоелектричний фазовий перехід, а виникаюча при цьому спонтанна поляризація характеризується вектором поляризації, який спрямований перпендикулярно до оптичної осі С. Наявність мультиплікації елементарної комірки при Т  120 К свідчить про належність кристалів TlGaSe2 до невласних сегнетоелектриків.
9. Вперше виявлено новий термоіндукований ефект – термопригнічення фазових переходів, який полягає в тому, що періодична зміна температури кристалів TlGaSe2 в інтервалі Т = 200  293 К призводить до пригнічення фазового переходу, який відбувається при Т  246 К під час першого циклу охолодження–нагрів. Виникнення при термоциклюванні довгорелаксуючих метастабільних утворень, відповідальних за виявлений ефект, не пов’язано зі збільшенням кількості дефектів пакування шарів та зміною субблочної структури кристалів TlGaSe2, а може бути викликано міграцією атомів талію з основних кристалографічних позицій у тетраедричні порожнини.
Достовірність отриманих експериментальних результатів підтверджується: використанням сучасної дослідницької апаратури з автоматичною реєстрацією та комп’ютерною обробкою результатів вимірів фізичних величин (рентгенівський дифрактометр ДРОН–4-07, багатоканальний аналізатор NTA–1024 та інші); комплексністю проведених досліджень; взаємною узгодженністю з результатами інших експериментальних та теоретичних досліджень; інтерпретацією експериментальних результатів з використанням сучасних загальновизнаних моделей та уявлень; широкою апробацією матеріалів роботи на міжнародних наукових конференціях; високим міжнародним рейтингом та impact-чинником наукових видань, у яких опубліковано основні роботи з теми дисертації (“Физика твердого тела”, “Известия РАН”, “Физика низких температур”, “Український фізичний журнал”).

Основні результати дисертації опубліковано в роботах:.
1. Беляев А.Д., Боровой Н.А., Гололобов Ю.П., Мачулин В.Ф. Изучение структуры кристаллов прустита и пираргирита в интервале температур 120  440 К.// УФЖ. – 1985. Т. 30, № 10. – C.1500–1502.
2. Беляев А.Д., Гололобов Ю.П., Мачулин В.Ф., Бутко В.И., Роман И.Ю. Акустоэлектрическое взаимодействие в кристаллах пираргирита.// ФТТ. – 1986. Т. 28, № 1. – C.197–200.
3. Беляев А.Д., Гололобов Ю.П., Бутко В.И., Мачулин В.Ф. Об измерении проводимости прустита на переменном токе.// УФЖ. – 1986. Т. 31, № 4. – C.594–596.
4. Беляев А.Д., Гололобов Ю.П., Мачулин В.Ф., Миселюк Е.Г. К вопросу о существовании размытых фазовых переходов в кристаллах прустита и пираргирита.// ФТТ. – 1986. Т. 28, № 8. – C.2539–2541.
5. Беляев А.Д., Гололобов Ю.П., Мачулин В.Ф., Бутко В.И., Голо-вей М.И. Особенности поглощения ультразвуковых волн в кристаллах прустита.// УФЖ. – 1986. Т. 31, № 12. – C.1865–1868.
6. Беляев А.Д., Гололобов Ю.П., Мачулин В.Ф., Аллахвердиев К.Р., Мамедов Т.Г. Обнаружение особенностей сегнетоэлектрического фазового перехода в кристаллах TlInS2.// УФЖ. – 1988. Т. 33, № 4. – C.582–584.
7. Беляев А.Д., Гололобов Ю.П., Мамедов Т.Г., Шарифов Я.М. Анизотропия поглощения ультразвуковых волн в кристаллах TlInS2.// УФЖ. – 1988. Т. 33, № 11. – C.1705–1707.
8. Гололобов Ю.П., Шило С.А., Юрченко И.А. Изучение фазовых переходов в TlGaSe2 методом молекулярных люминесцентных меток. // УФЖ. – 1990. Т. 35, № 11. – C. 1721–1724.
9. Гололобов Ю.П., Саливонов И.Н. Акустическая эмиссия при фазовых переходах симметричная–несоразмерная–соразмерная фазы.// ФТТ. – 1991. Т. 33, № 1. – C.298–299.
10. Беляев А.Д., Гололобов Ю.П., Дуброва К.С. О фазовых превращениях в кристаллах TlGaSe2.// УФЖ. – 1991. Т. 36, № 8. – C.1258 –1261.
11. Гололобов Ю.П., Шило С.А., Юрченко И.А. Термоциклочувствительный фазовый переход в кристаллах TlGaSe2.// ФТТ. – 1991. Т. 33, № 9. – C.2781–2783.
12. Гололобов Ю.П., Шило С.А., Юрченко И.А. Фотолюминесценция кристаллов прустита.// ФТТ. – 1991. Т. 33, № 11. – C.3425–3427.
13. Гололобов Ю.П., Перга В.М., Саливонов И.Н., Щиголь Е.Е. Акустическая эмиссия и эффекты памяти в кристаллах TlGaSe2.// ФТТ. – 1992. Т. 34, № 1. – C.115–118.
14. Гололобов Ю.П., Шило С.А., Юрченко И.А. Люминесцентные свойства прустита и адсорбированных на его поверхности молекул радомина В в области фазовых переходов.// Известия РАН, сер. Физ. – 1992. Т. 56, № 10. – C.75–78.
15. Боровой Н.А., Гололобов Ю.П. Особенности поведения структуры кристаллов TlGaSe2 при периодическом изменении температуры.// ФТТ. – 1997. Т. 39, № 9. – C.1652–1653.
16. Боровой Н.А., Гололобов Ю.П., Саливонов И.Н. Терморазупорядочение катионной подрешетки прустита.// Физика низких температур. – 1999. Т.25, № 7. – С.731–736.
17. Гололобов Ю.П. О фотоиндуцированном фазовом переходе в кристаллах Ag3AsS3.// ФТТ. – 1999. Т. 41, № 4. – C.702–704.
18. Гололобов Ю.П. Про вплив швидкості зміни температури на діелектричну проникність кристалів пруститу та піраргіриту.// УФЖ. – 1999. Т. 44, № 5. – C.622–624.
19. Гололобов Ю.П. Фотоіндуковані особливості фізичних властивостей кристалів Ag3AsS3.// УФЖ. – 1999. Т. 44, № 7. – C.875–878.
20. Гололобов Ю.П. Індуковане світлом розупорядкування катіонної підгратки кристалів пруститу.// УФЖ. – 1999. Т. 44, № 8. – C.1007–1010.
21. Беляев А.Д., Гололобов Ю.П., Мачулин В.Ф., Миселюк Е.Г.
О взаимодействии ультразвука с ионами проводимости в кристаллах прустита и пираргирита.// Тез. докл. XIII Всесоюз. конф. по акустоэлектронике. – Черновцы. – 1986. – С.32–33.
22. Беляев А.Д., Боровой Н.А., Гололобов Ю.П., Мачулин В.Ф., Миселюк Е.Г. “Размягчение” катионной подрешетки и аномалии физических параметров кристаллов прустита.// Мат. XI Всесоюзной конф. по физике сегнетоэлектриков. – Черновцы. – 1987. – Т.1. – С.133.
23. Беляев А.Д., Гололобов Ю.П., Аллахвердиев К., Мамедов Т.Г., Шарифов Я.М. Исследование фазовых переходов в сегнетоэлектрике TlInS2 ультразвуковым методом.// Мат. XI Всесоюзной конф. по физике сегнетоэлектриков. – Черновцы. – 1987. – Т.2. – С.45.
24. Беляев А.Д., Гололобов Ю.П., Дуброва К.С., Мачулин В.Ф. Поглощение ультразвука в кристаллах TlInS2 и TlGaSe2.// Тез. Докл. XIV Всесоюз. конф. по акустоэлектронике. – Кишинев. – 1989. – Ч.1. – С.164–165.
25. Гололобов Ю.П., Перга В.М., Саливонов И.Н. Акустическая эмиссия при фазовых переходах в слоистом полупроводнике TlInS2.// Мат. докл. регион. конф. “Динамические задачи механики сплошной среды”. – Краснодар. – 1990. – С.62.
26. Гололобов Ю.П., Шило С.А., Юрченко И.А. Термоциклочувствительный фазовый переход в кристаллах.// Физика полупроводников, сб. статей Института полупроводников АНУ. – Киев: ИП АН УССР. – 1991. – С.59–62.
27. Гололобов Ю.П., Перга В.М., Саливонов И.Н. Акустическая эмиссия при фазовых переходах в слоистых полупроводниках.// Тез. докл. XV Всесоюз. конф. по акустоэлектронике. – Ленинград. – 1991. – Ч.1. – С.100.
28. Гололобов Ю.П., Шило С.А., Юрченко И.А. Взаимосвязь квантового выхода люминесценции молекул адсорбированного красителя с люминесценцией прустита.// Тез. докладов V Всесоюз. школы-семинара по физике сегнетоэластиков. – Ужгород. – 1991. – С.89.
29. Гололобов Ю.П., Перга В.М., Саливонов И.Н. Акустическая эмиссия при фазовых переходах в полупроводниках типа TlInS2.// Тез. докладов IX Теплофиз. конф. СНГ. – Махачкала. – 1992. – С.205.
30. Гололобов Ю.П., Перга В.М., Саливонов И.Н. Влияние термоциклирования на фазовые переходы в слоистом полупроводнике.// Мат. докладов региональной конф. “Динамические задачи механики сплошной среды”. – Краснодар. – 1992. – С.52.
31. Боровой Н.А., Гололобов Ю.П., Некрасова И.М. Дефекты структуры и фазовые переходы в сегнетоэлектрических кристаллах.// Тез. докл. XIІІ Всесоюз. конф. по физике сегнетоэлектриков. – Тверь. – 1992. Т. 1. – С.32.
32. Гололобов Ю.П., Перга В.М., Саливонов И.Н., Роман И.Ю. Влияние термоциклирования на фазовые переходы в сегнетоэлектрике TlGaSe2.// Тез. докл. XIІІ Всесоюз. конф. по физике сегнетоэлектриков. – Тверь. – 1992. Т. 1. – С.36.
33. Gololobov Yu.P., Perga V.M., Salivonov I.N. Nondestractive Evolution of Incommensurate Phase Appearence and Transformation.// Proc. of the 6th Conf. “Acoustoelectronics 93”. – Varna (Bulgaria) – 1993 – P.85.
34. Gololobov Yu.P., Perga V.M., Salivonov I.N., Bykhovchenko N.V. The Acoustic Emission Study of Incommensurate Phase Transitions in Layered Semiconductors TlGaSe2.// Proc. Intern. Symp. on Surface Waves in Solids and Layered Structures.– Moscow–St.Petersburg (Russia) – 1994. – P.473.
35. Borovoy N.A., Gololobov Yu.P., Salivonov I.N. The Influence of Periodical Temperature Fields on the Dynamics Transitions in Semiconductor Crystals TlGaSe2.// Book of Abstracts 14-th Intern. Conf. On Utilithation of Ultrasonic methods in Condensed Matter.– Zilina (Slovak Republic) – 1995. – P.8.
36. Андрющенко А.Н., Боровой Н.А., Гололобов Ю.П. Рентгеноструктурные исследования эффекта термоподавления фазовых переходов в сегнетоэлектрике TlGaSe2.// Тез. докладов XIV Всероссийской конф. по физике сегнетоэлектриков.– Иваново (Россия) – 1995. – С. 82.
37. Боровой Н.А., Гололобов Ю.П., Саливонов И.Н. Аномалии акустического и рентгеновского излучения при фазовых переходах в слоистых полупроводниках.// Матеріали ХІІІ Нац. школи–семінара з міжнародною участю “Спектроскопія молекул та кристалів”.– Суми. – 1997. – С.95.
38. Gololobov Yu.P., Salivonov I.N. Acoustic Emission Method and Application for the Phase Transitions in Ferroelectric and Superionic Crystals Study.// Proc.1998 Intern. Symp. on Acoustoelectronics, Frequency Control and Signal Generation; Surface Waves in Solids and Layered Structures.– St.Petersburg (Russia) – 1998. –P.10.

АНОТАЦІЯ

Гололобов Ю.П. Фото– та термоіндуковані явища у потрійних халькогенідних сегнетонапівпровідниках з неспівмірними фазами. – Рукопис.
Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора фізико-математич-них наук за спеціальністю 01.04.10 – фізика напівпровідників і діелектри-ків. – Інститут фізики напівпровідників НАН України, Київ, 1999.
Дисертація присвячена дослідженню механізмів фізичних процесів, насамперед, структурних перетворень, що відбуваються у сегнетоелектричних кристалах з неспівмірними фазами (TlInS2, TlGaSe2, Ag3AsS3 – прустит) під дією електромагнітного випромінення оптичного діапазону та періодичної або швидкої зміни температури. Виявлено та досліджено ряд нових ефектів: термопригнічення фазових переходів (TlGaSe2), трансформацію неспівмірної фази у хаотичну структуру при періодичній зміні температури (TlInS2), фотолюмінесценцію пруститу. З’ясовано механізми фізичних процесів, що обумовлюють виявлені ефекти. Запропоновано та обгрунтовано модель процесу розупорядкування катіонної підгратки кристалів Ag3AsS3, який відбувається під дією світла або зміни температури. З’ясовано природу аномальної поведінки фізичних властивостей пруститу при швидкій зміні температури.
Ключові слова: TlInS2, TlGaSe2, Ag3AsS3, прустит, акустична емісія, неспівмірна фаза, розупорядкування, фазовий перехід, сегнетонапівпровідник.

ABSTRACT

Gololobov Yu.P. Photo– and Thermoindused Phehomena in the Triple Chalcogenidic Ferroelectrics-Semiconductors with Incommensurates Phases. – Manusript.
Thesis for a doctor of sciences degree of physical-mathematical sciences by speciality 01.04.10 – physics of semiconductors and insulators. – Institute of Semiconductor Physics of the National Academy of Sciences of Ukraine, Kyiv, 1999.
The dissertation is devoted to study of the mechanisms of a physical prosesses, first of all structural transformations, in the ferroelectrics-semiconductors with incommensurates phases (TlInS2, TlGaSe2, Ag3AsS3 – proustite) under the optical interval electromagnetic radiation and temperature periodic or rapid changes action. A number of a new effects, such as thermosuppression of phase transitions (TlGaSe2), incommensurates phases transformation in chaotic one at temperature periodic changes (TlInS2), proustite photoluminescence were discovered and investigated. The mechanisms of a discovered physical prosesses were found out. The models of the proustite cationic sublattice positional disorder due to light or temperature changes have been proposed and background. The nature of proustite physical properties anomalous behavior at temperature rapid changes was found out.
Key words: TlInS2, TlGaSe2, Ag3AsS3, proustite, acoustic emission, incommensurates phases, positional disorder, phase transition, ferroelectrics-semiconductors.

АННОТАЦИЯ

Гололобов Ю.П. Фото– и термоиндуцированные явления в тройных халькогенидных сегнетополупроводниках c несоразмерными фазами. – Рукопись.
Диссертация на соискание ученой степени доктора физико-математи-ческих наук по специальности 01.04.10 – физика полупроводников и диэлектриков. – Институт физики полупроводников НАН Украины, Киев, 1999 г.
Диссертация посвящена исследованию фото– и термоиндуцированных эффектов, возникающих в кристаллах сегнетополупроводников с несоразмерной фазой, под действием электромагнитного излучения оптического диапазона, а также при периодическом или быстром изменении температуры. В результате комплексных исследований акустических, электрических, оптических свойств и структуры кристаллов TlInS2, TlGaSe2, Ag3AsS3 (прустит) обнаружен и детально исследован ряд новых физических эффектов: термоподавление фазовых переходов (TlGaSe2), трансформация несоразмерной фазы в хаотическую структуру под действием периодического изменения темпереатуры (TlInS2), фотолюминесценция кристалов прустита.
Для кристалов TlInS2 наличие сателлитных рефлексов несоразмерной фазы зарегистрировано в интервале температур Т = 146  216 К. Показано, что сегнетоэлектрический фазовый переход не приводит к исчезновению длиннопериодической модулированной структуры, а сопровождается лишь трансформацией параметра несоразмерности. Обнаружено, что при определенных условиях в сегнетофазе кристаллов TlInS2 могут сосуществовать несколько несоразмерных фаз типа (00.l), которые отличаются периодом модуляции.
Обнаружено, что под действием света при Т = 300 К, а также при изменении температуры в интервале Т = 100  300 К происходят процессы структурной перестройки катионной подрешетки кристаллов прустита. Предложен метод расчета структурной амплитуды кристаллов Ag3AsS3, который позволяет учитывать влияние различных типов разупорядочения ионов Ag+ по вакантным кристаллографическим позициям на относительную интенсивность рентгеновских дифракционных максимумов. Рассмотрены различные предельные типы разупорядочения, которые учитывают возможность неэквивалентности энергии связи ионов серебра в двух видах спиралей (AgS), которые образуют катионную подрешетку прустита. С помощью компьютерного моделирования проведен анализ влияния граничных типов разупорядочения катионной подрешетки прустита на величину интенсивности наблюдаемых рефлексов.
Показано, что в прустите под действием света происходит миграция ионов Ag+ в области структурных неоднородностей и на поверхности кристаллитов преимущественным образом из левовинтовых спиралей (AgS). В свою очередь, изменение температуры, начиная с Т  150 К, приводит к разупорядочению, главным образом, правовинтовых спиралей (AgS). Совместное действие света и температуры вызывает ускоренное терморазупорядочение всей катионной подрешетки прустита, которое начинается при Т150 К. Установлено, что аномальное поведение с температурой акустических и диэлектрических свойств кристаллов Ag3AsS3 при быстром изменении температуры (dT/dt  1 К/мин) обусловлено термически неравновесными процессами, приводящими к нарушениям пространственной однородности исследуемых образцов. В интервале температур Т = 295  440 К установлены температурно-частотные условия, при которых можно пренебречь вкладом приэлектродных областей в импеданс системы “электрод(Ag)–кристалл(Ag3AsS3)–электрод(Ag)”.
Ключевые слова: TlInS2, TlGaSe2, Ag3AsS3, прустит, акустическая эмиссия, несоразмерная фаза, разупорядочение, фазовый переход, сегнетополупроводник.

Нашли опечатку? Выделите и нажмите CTRL+Enter

Похожие документы
Обсуждение

Оставить комментарий

avatar
  Подписаться  
Уведомление о
Заказать реферат!
UkrReferat.com. Всі права захищені. 2000-2020