Помощь в учёбе, очень быстро...
Работаем вместе до победы

Влияние близости к структурному фазовому переходу на динамику решетки, о псевдо-ян-теллеровской природе фононных аномалий IV-VI соединений

Диссертация: Влияние близости к структурному фазовому переходу на динамику решетки, о псевдо-ян-теллеровской природе фононных аномалий IV-VI соединений
ДиссертацияПомощь в написанииУзнать стоимостьмоей работы

Разработан метод обобщения микроскопической вибронной модели сегнетоэлектричества на расчет всего фононного спектра сегнетоэлектриков в высокосимметричной фазе. Показано, что ви-бронная модель сегнетоэлектричества, описывающая структурные свойства сегнетоэлектрических соединений на основе микроскопического анализа особенностей электронной структуры, может быть применена не только к объяснению… Читать ещё >

Содержание

  • ГЛАВА 1. ОБЗОР ТЕОРЕТИЧЕСКИХ И ЭКСПЕРИМЕН ТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ БИНАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ IV-VI ГРУПП
  • ГЛАВА 2. ВИБРОННЫЙ ГАМИЛЬТОНИАН ДЛЯ КЛАСТЕРА
  • ГЛАВА 3. АДИАБАТИЧЕСКИЙ ПОТЕНЦИАЛ ДЛЯ НУЛЕВОЙ ТЕМПЕРАТУРЫ
  • ГЛАВА 4. СВОБОДНАЯ ЭНЕРГИЯ КЛАСТЕРА
  • ГЛАВА 5. ВИБРОННЫЙ ВКЛАД В МЕЖИОННЫЙ ПОТЕНЦИАЛ И ДИНАМИКА РЕШЕТКИ
  • ГЛАВА 6. МОДЕЛЬ ДИНАМИКИ РЕШЕТКИ В ВЫСОКОСИММЕТРИЧНОЙ ФАЗЕ
  • ГЛАВА 7. СТРУКТУРА И СИММЕТРИЯ А1УВУ1 СОЕДИНЕНИЙ
  • ГЛАВА 8. ФОНОННЫЙ СПЕКТР ДЛЯ КОМНАТНОЙ ТЕМПЕРАТУРЫ
  • ГЛАВА 9. ОПИСАНИЕ ТЕМПЕРАТУРНОЙ ЗАВИСИМОСТИ
  • ГЛАВА 10. ОБСУЖДЕНИЕ ТЕМПЕРАТУРНОЙ ЗАВИСИМОСТИ ФОНОННОГО СПЕКТРА

Влияние близости к структурному фазовому переходу на динамику решетки, о псевдо-ян-теллеровской природе фононных аномалий IV-VI соединений (реферат, курсовая, диплом, контрольная)

Диссертация посвящена теоретическому исследованию фононных свойств бинарных соединений IV-VI групп таблицы Менделеева.

Актуальность темы

Бинарные соединения IV-VI групп, такие как РЬТе, РЬ8,8пТе, представляют собой уникальный класс материалов, и в последние годы находятся под пристальным вниманием теоретиков, экспериментаторов и технологов. Сочетая структурную простоту и сложные физические свойства, они нашли широкое применение в изготовлении звуковых датчиков, разнообразных детекторов [1], эмиттеров, инфракрасных лазеров [2], эксимерных лазеров [3].

IV-VI соединения являются узкощелевыми полупроводниками (с эффективной щелью порядка Ю-1 В число выдающихся свойств А1УВ11 входят их диэлектрические свойства, структурный фазовый переход в низкотемпературную фазу [4],[5], наличие мягкой моды (ТО), ангармонические эффекты. После экспериментального обнаружения сегнетоэлектрических свойств [б], встала проблема теоретического описания механизма, приводящего к возникновению мягкой оптической колебательной моды, относительно которой кристалл теряет свою стабильность, т. е. претерпевает фазовый переход типа смещения. За последние годы вышло достаточно большое количество теоретических работ, посвященных этой проблеме. Но до сих пор удовлетворительная теория динамики решетки этих соединений не построена, так как существующие феноменологические подходы не связывают особенности фононов и их температурную зависимость со структурными свойствами. Расчеты фононных спектров предыдущих моделей не только демонстрируют существенное отклонение от экспериментальных результатов, но, самое важное, проводятся в рамках чисто феноменологических подходов.

Основной целью диссертации является создание микроскопической теории электрон-колебательного взаимодействия сегнетоэлек-триков, которая позволяет описание особенностей фононных спектров родственных IV-VI соединений в едином подходе.

Диссертация состоит из введения, десяти глав, заключения, списка литературы и двух приложений.

В заключение сформулируем основные результаты и выводы, полученные в диссертации.

1. Построена микроскопическая модель электронно-колебательного взаимодействия в сегнетоэлектрических соединениях, позволяющая количественное описание фононых спектров в высокосимметричной фазе и их температурной зависимости. Предлагаемая модель позволяет однозначную формулировку гамильтониана электрон-фононного взаимодействия на основе анализа симметрии низкоэнергетических электронных состояний соединения и типа структурного искажения при сегнетоэлектриче-ском переходе.

2. Разработан метод обобщения микроскопической вибронной модели сегнетоэлектричества на расчет всего фононного спектра сегнетоэлектриков в высокосимметричной фазе. Показано, что ви-бронная модель сегнетоэлектричества, описывающая структурные свойства сегнетоэлектрических соединений на основе микроскопического анализа особенностей электронной структуры, может быть применена не только к объяснению поведения «мягкой» моды, но и к описанию температурной зависимости всего фононного спектра в высокосимметричной фазе.

3. Показано, что разработанная модель позволяет микроскопически обосновать, какая фононная частота будет играть роль мягкой моды в сегнетоэлектрическом переходе.

4. На основе детального анализа температурной зависимости фо-нонных спетров полупроводниковых 1У-У1 соединений (РЬТе, РЬБ), обладающих достаточно широкой запрещенной щелью в электронном спектре, показано, что даже при комнатных температурах кристаллическая решетка близка к структурной неустойчивости.

5. Показано, что предложенная модель позволяет описание родственных сегнетоэлектрических IV-VI соединений (РЬТе, РЬБ) в рамках единого подхода, в котором все различия модельных параметров определяются симметрией и степенью близости системы к струтурному фазовому переходу.

6. Продемонстрировано, что предложенный подход позволяет описать в рамках единого гамильтониана не только связанные с мягкой модой аномалии длинноволновых поперечных фононов. Предложенная модель демонстрирует количественное описание и двух других типов аномалий дисперсионных ветвей (сильное смягчение длинноволновых продольных колебаний, перегибы поперечных оптических фононов в Д и X направлениях), для обьяснения которых во всех предшествующих подходах предлагались механизмы, не связанные с близостью к структурному переходу.

7. Рассчитаны фононные спектры сегнетоэлектрических соединений РЬБ и РЬТе в высокосимметричных направлениях при комнатной температуре. Теоретические результаты находятся в хорошем согласии с экспериментальными данными.

8. Рассчитана температурная зависимость дисперсионных кривых РЬТе в высокосимметричных направлениях. Расчет показывает, что в соответствии с экспериментальными данными, изменение температуры существенно влияет только на связанные с мягкой модой длинноволновые поперчные оптические фононы, в то время как остальные колебательные частоты практически не зависят от температуры. Таким образом, предлагаемая модель микроскопически обосновывает тот факт, что именно длинноволновые поперечные колебания играют роль мягкой моды в сегнетоэлектри-ческой нестабильности кубических IV-VI сегнетоэлектриков.

Показать весь текст

Список литературы

  1. Holloway Н., (1980), Thin Solid Films 11,105
  2. PreierH., (1979), Appl.Phys. 20,189
  3. И.Б., Эффект Яна-Теллера и вибронные взаимодействия в современной химии, Наука (1987)
  4. Lines М.Е., Glass A.M.,(1977), Principles and Applications of Ferroelectrics and Related Materials, The Int. Series of Monographs on Physics (Clarendon, Oxford)
  5. H., (1980) : In Narrow-gap Semiconductors, Physics and Applications, Lecture Notes in Physics, Vol.133,ed. by W. Zawadzki
  6. Springer, Berlin, Heidelberg, New York), p.170
  7. J., (1920), Phys.Rev., 15,537
  8. В.II., Успехи физ.наук, (1949), 38,490
  9. П., Физика диэлектриков, изд. Академии наук СССР, Москва (1960), стр.290
  10. Cochran W., Adv.Phys.,(1961), 10,401
  11. Scott J.F., In: Light Scattering near Phase Transition, Ed. Cummins H.Z. and Levahyuk A.P., North-Holland Publ.Co., Amsterdam/New York/Oxford,(1983), p.291
  12. Г. А., Боков В. А. и др., Сегнетоэлектрики и анти-сегнетоэлектрики, изд. Наука, Ленинград,(1971)
  13. Bruce A. and Cowley R., Structural Phase Transition, Taylor and Francis Ltd., London (1981)
  14. В.Г., Введение в микроскопическую теорию сегнетоэлек-триков, изд. Наука, Москва, (1973)
  15. К wok Р.С. and Miller P.B., Phys. Rev,(1967), 151,387
  16. Cowley R.A., Phil.Mag.,(1966), 11,673
  17. Slater J.C., Phys.Rev.,(1950), 78,748
  18. Jahn H. and Teller E., Proc.Roy.Soc.,(1937), A161,220
  19. Sturge M.D., Solid State Phys.,(1967), 20,91
  20. H.H., Теория примесных центров малых радиусов в ионных кристаллах, изд. Наука, Москва, (1974) Stoneham A.M., Theory of Defects in Solids, Clarendon Press, Oxford, (1975)
  21. И.Б. и Полингер В.З., Вибронные взаимодействия в молекулах и кристаллах, изд. Наука, Москва, (1983) Birman J., Phys.Rev.,(1962), 125,1959- (1962), 127,1093 Кристофель Н. Н., Физ.Тв.Тела,(1964), 6,3266 Wojtowicz P., Phys.Rev.,(1959), 116,32
  22. Born M. and Huang K.,(1954), The Dynamical Theory of Crystal Lattices, Oxford University Press, Oxford
  23. B.M., Сегнетоэлектрики-полупроводники, изд. Наука, Москва, (1976)
  24. В.М., Фотосегнетоэлектрики, изд. Наука, Москва, (1979)
  25. В.Л., Плакида Н. М. и Стаменкович С.И., Рассеяние нейтронов сегнетоэлектриками, Энергоатомиз-дат, Москва,(1984)
  26. Кочслап В. А, Соколов В. Н. и Венгалис Б. Ю., Фазовые переходы в полупроводниках с деформационным электрон-фононным взаимодействием, изд. Наукова Думка, Киев,(1984)
  27. Kobayashi K.L.J., Kato Y. and Komatsubara K.F., Progr. Crystal Growth Charact., 1, 117, (1988)
  28. Bussmann-Holder A., Bilz H. and Vogl P.,(1983) Dynamical Properties of IV-VI Compounds (Berlin: Springer)
  29. Kristoffel N. and Konsin P., Phys.Stat.Sol.(b), 149, 11, (1988)
  30. Axe J.D., Iizumi M. and Shirane G., (1980), Phys.Rev. B, 22, 3408
  31. Bussmann-Holder A., Bilz H., Kress W. and Schroder U.,(1981), Physics of Narrow Gap Semiconductors (Berlin: Springer) 257
  32. Bersuker I.B. and Vechter B.G.,(1967), Sov.Phys.Tverd.Tela, 9, 2652
  33. Kristoffel N.N. and Konsin P.I.,(1973), Ferroelectrics, 6,3
  34. O.B., Mishchenko A.S., «On the pseudo-Jahn-Teller nature of the IV-VI compounds phonon spectra anomalies», Solid State Com.,(1994), V.92,N 10, p.797−802.
  35. О.Б., Мищенко А. С., «Особенности динамики решетки IV-VI соединений», Тезисы 14-й Всероссийской конференции по физике сегнетоэлектриков, (1995), Часть 1, с.28
  36. О.Б., Мищенко А. С., «Фононный спектр и неупругое рассеяние нейтронов на системах с изменяемой валентностью», Препринт ИАЭ, N ИАЭ-5949/9,М.,(1995)
  37. O.B., Mishchenko A.S., «The nature of the phonon dispersion relation anomalies of IV-VI compounds», J.Phys.:Condens. Matter, (1997), V.9,N 26, pp 5561−5574
  38. О.Б., Мищенко А. С., «О псевдо-ян-теллеровской природе фононных аномалий IV-VI соединений», Кристаллография, (1997), N4, с.604−610
  39. Littlewood P.B.,(1980), J. Phys. C: Solid State Phys., 13, 4855
  40. Littlewood P.B.,(1980), J. Phys. C: Solid State Phys., 13, 4875
  41. G.N., Elliot S.P., Davis E.A., (1979), Adv.Phys., 28, 49
  42. Bilz H. and Kress W., (1979), Phonon Dispersion in insulators, (Berlin: Springer)
  43. Tindemans-van Eijndhoven J.C.M., Kroese C.J., J.Phys. C., (1975), V.8., p.3963
  44. M.И., Трифонов Е. Д., Применение теории групп в квантовой механике, Москва: Наука, (1967)
  45. Allen Р.В., Phys.Rev. В., (1977), V.16, р.5139
  46. Bilz H., Kress W., Phonon dispersion relations in insulators., (Berlin. Springer), (1979)
  47. К.A., Мищенко A.C., ЖЭТФ, (1988), V.94, p.237
  48. Kikoin К.A., Mishchenko A.S., J. Phys. C.M., (1990), V.2., p.6491
  49. Mishchenko A.S., Kikoin K.A., J. Phys. C.M., (1991), V.3., p 5937
  50. А., Дефекты и колебательный спектр кристаллов. Теоретические и экспериментальные аспекты влияния точечных дефектов и неупорядоченностей на колебания кристаллов, Москва: Мир. 1968.
  51. Fisher К., Bilz H., Haberkorn R., Webber W., Phys.Stat.Sol. В., (1972), V.54,p.285
  52. Cochran W., Cowley R.A., Dolling G. and Elcombe M.M., (1966), Proc.R.Soc. A, 293, 433
  53. Woods A.D.B., Cochran W. and Brockhouse B.N.,(1960), Phys. Rev., 119, 980
  54. Cowley R.A., Cochran W., Brockhouse B.N. and Woods A.D.В.,(1963), Phys. Rev., 131, 1030
  55. Singh R.K. and Singh K.R.,(1981), Phys. Status Solidi B, 106, 229
  56. A.S., (1991), J.Moscow Phys.Soc., 1, 407
  57. Weber С., Sigmund E. and Wagner M., Phys. Stat. Solidi B, (1986), 138, 661
  58. Elcombe L.L.,(1967), Proc. R. Soc. A, 300, 210
  59. Maradudin A.A. and Vosco S.H., Rev.Mod.Phys., 40,1,(1968)
  60. Warren J.L. and Worlton T.G., Computer Phys. Commun., 8,71,(1974)
  61. Б.А.Волков, И. В. Кучеренко, В. Н. Моисеенко, А. П. Шотов, Писма в ЖЭТФ, 27, 396,(1978)
  62. Suski Т., Dmowski L. and Baj М., (1981), Solid State Comm., 38,59
  63. W.J.Daughten, E. Giirmen, C.W.Tompson, Proc. Conf. Neutron Scattering, Vol.1, ed. by R.M.Moon, (Gatlinburg, Usa 1976), p.145
  64. Bilz H., Buttner H., Bussmann-Holder A., Kress W. and Schroder U., (1982), Phys.Rev.Lett., 48,264
  65. Alperin H.A., Pickart S.J. and Rhyme J.J., (1972), Phys. Lett., 40A, 295
  66. Rabe K.M. and Joannopoulos J.D., (1985), Phys. Rev. B, 32, 2302
  67. Bilz H., (1972), Computational Solid State Physics Plenum, New York
  68. Weiss L., (1975), privat communication
Заполнить форму текущей работой

Пора сдавать?