Фотоэлектрические, кинетические явления и эффекты памяти в сегнетоэлектриках, пьезоэлектриках и сегнетоэластиках тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.07 ВАК РФ

На правах рукописи

МАГОМАДОВ РУКМАН МАСУДОВИЧ

ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ, КИНЕТИЧЕСКИЕ ЯВЛЕНИЯ И ЭФФЕКТЫ ПАМЯТИ В СЕГНЕТОЭЛЕКТРИКАХ, ПЪЕЗОЭЛЕКТРИКАХ И СЕГНЕТОЭЛАСТИКАХ

Специальность 01.04.07. - физика конденсированного состояния

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени доктора физико-математических наук

1 7 АПР 2014

005547151

Грозный - 2014г

005547151

Работа выполнена в Ордена Трудового Красного Знамени Институте кристаллографии имени А.В.Шубникова РАН, Чеченском государственном университете и Ингушском государственном университете.

Научный консультант: Верховская Кира Александровна, д.ф.м.н., ведущий научный сотрудник Института кристаллографии им. А.В.Шубникова (ИКАН), профессор

Официальные оппоненты:

Гуфан Юрий Михайлович,

доктор физико-математических наук, Заведующий отделом теоретической физики ЮФУ, профессор; Короткое Леонид Николаевич,

доктор физико-математических наук, профессор кафедры «Физика твердого тела» Воронежского государственного технического университета; Ахкубеков Анатолий Амишевич,

доктор физико-математических наук, профессор кафедры физики наносистем Кабардино-Балкарского Государственного университета им. Х.М. Бербекова

Ведущая организация: Тверской государственный университет

Защита состоится 22 мая 2014 года в 1500 на заседании диссертационного совета Д002.095.01, созданного на базе Федерального государственного бюджетного учреждения науки Институт физики Дагестанского научного центра РАН по адресу: 367003, Махачкала, М.Ярагского, 94

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке Института физики ДНЦ РАН, и на сайте института по адресу:

http://dagphvs.ru/upload/files/dissovet/magomadov г m/Magomadov R М Diss ertation.pdf

Замечания и отзывы на автореферат и диссертацию, в двух экземплярах, заверенные печатью, просим направлять на имя ученого секретаря диссовета по адресу: 367003, Махачкала, М.Ярагского, 94, Институт физики им. Х.И. Амирханова ДНЦ РАН, e-mail: dissovet.if@pmail.com

Автореферат разослан «_» _2014 г.

Ученый секретарь диссертационного совета Д002.095.01, к. ф.-м.н.

Общая характеристика работы.

Актуальность темы. Исследование процессов, возникающих в кристаллах в результате внешнего воздействия, занимает важное место в физике конденсированных состояний и обусловлено практическим применением полупроводниковых и других материалов. Например, оптоэлектроника базируется на неравновесных процессах, обусловленных взаимодействием электромагнитного излучения с электронами в кристалле. Внешнее воздействие меняет ширину запрещенной зоны, температуру фазового перехода, электрические, оптические и упругие свойства, состояние электронной подсистемы кристаллов. Исследование этих процессов позволяет изучать как макроскопические, так и микроскопические свойства кристаллов, а также особенности взаимодействия внешнего воздействия с кристаллом.

С развитием науки, твердотельной электроники, а также с освоением новых систем материалов и низкоразмерных структур, возникает целый ряд вопросов, касающихся механизмов формирования оптических и фотоэлектрических явлений при взаимодействии света с веществом, механизмов влияния магнитных и механических полей на физические свойства веществ. Диссертация посвящена изучению этих новых физических явлений. Среди них важное место занимает аномальный фотовольтаический эффект (АФЭ) [1] или фотогальванический эффект (ФГЭ) [2] в средах без центра симметрии. АФ эффект является новым эффектом, обусловленным асимметрией элементарных электронных процессов в средах без центра симметрии. Интенсивное исследование АФ эффекта связано с возможностью практического применения сред, в которых наблюдается этот эффект в качестве преобразователей световой энергии в электрическую энергию. Кроме того, АФ эффект лежит в основе фоторефрактивного эффекта и объемной фазовой голографии во многих кристаллах без центра симметрии, поэтому исследование механизма этого эффекта представляет и прикладной интерес. К моменту начала данной работы спектральные, температурные, вольтамперные характеристики АФ эффекта были изучены в достаточно широком классе сегнетоэлектрических веществ [1, 3]. Между тем АФ эффект в поляризованном свете в сегнетоэлектриках и в неполярных кристаллах без центра симметрии оставался малоизученным. Надо отметить также, что в основном был изучен примесный АФ эффект, а собственный практически не исследован. Открытым оставался вопрос о подвижности и энергии, неравновесных нетермализованных носителей заряда, ответственных за АФ эффект, не было объяснения росту фотогальванического тока с понижением температуры. Фоторефрактивный эффект исследовался только в сегнетоэлектрических кристаллах, а в пъезоэлектриках не исследовался.

Стационарные магнитные поля влияют на асимметрию элементарных процессов в средах без центра симметрии [4, 5], на такие физические свойства сегнетоэлектриков, как доменная структура, диэлектрическая проницаемость, температура фазового перехода. Единого мнения исследователей о природе такого влияния нет. Дискуссионным является вопрос о влиянии магнитного поля на температуру сегнетоэлектрического фазового перехода, хотя из вибронной теории следует, что магнитное поле должно влиять на температуру фазового перехода. Поэтому представляет интерес исследовать влияние магнитного поля на физические свойства сегнетоэлектриков и выяснить природу такого влияния.

Исследование новых материалов, таких как сегнетоэластики, сегнетоэластики - сегнетоэлектрики, актуально как с научной, так и с практической точки зрения. Интерес к исследованию механооптических, фотосегнетоэластических явлений в сегнетоэластиках обусловлен тем, что эти явления имеют совершенно иную природу, чем аналогичные явления в полупроводниках или сегнетоэлектриках.

Таким образом, из вышеизложенного следует, что исследование влияния внешних воздействий на физические свойства сред без центра симметрии и сегнетоэластиков является актуальным, так как позволяет выяснить природу этих воздействий, а также предсказать общие закономерности внешнего воздействия на наноструктуры без центра симметрии.

Целью настоящей работы стало исследование новых явлений, возникающих при внешнем воздействии на среды без центра симметрии и сегнетоэластики, и выяснение природы их формирования.

Объекты и методы исследований. Выбор кристаллов для исследования обуславливался как различием их физических свойств, а именно, различием симметрии, температуры фазового перехода, степени легирования примесями, электропроводности и фотопроводимости, так и актуальностью их применения, в частности, как элементов для записи фазовых голограмм.

В качестве объектов исследований были выбраны сегнетоэлектрики 1лМЬ03:Ре, ВаТЮ3, К"ЫЬ03:Ре(0,1% Бе), Вах8г,.хКЬ2 06(Х=0,25) , ПЬ2?,пВг4, сегнетоэластики-сегнетоэлектрики (3—8Ь5071, пъезоэлектрики ZnS, ВнгТЮго и БЮг, сегнетоэластик а - 8Ь5071.

В работе применены разнообразные методы экспериментальной физики, среди которых: измерения АФ эффекта в поляризованном свете, поляризационно-оптический метод изучения фоторефрактивного эффекта, топографическая интерферометрия, метод исследования фоторефрактивного эффекта в сходящем поляризованном свете, спектроскопия фотолюминесценции, измерение рэлеевского рассеяния света для изучения электрон-фотонного взаимодействия,

калориметрический метод измерения коэффициента теплопроводности для изучения электрон - фононного взаимодействия, метод проволочных тензометров для изучения относительных изменений линейных размеров кристаллов, метод плоских конденсаторов для измерения емкости кристалла и расчета значения диэлектрической проницаемости, поляризационно-оптический метод для наблюдения и контроля изменения доменной структуры сегнетоэлектриков. Анализ отклика изучаемого объекта на внешнее воздействие, фотолюминесценции, величины и кинетики рэлеевского рассеяния, взаимодействия неравновесных нетермализованных электронов с фотонами и фононами, позволяет изучать детали физических процессов в изучаемых объектах.

Научная новизна работы определяется тем, что в ней:

1. Впервые исследован АФ эффект в поляризованном свете как в примесной так и в собственной области поглощения и определены компоненты фотовольтаического тензора кцп для большого числа сегнетоэлектриков и пъезоэлектриков.

2. Впервые определены все компоненты фотовольтаического тензора к^ для сегнетоэлектрика 1л1ЧЬ03:Ре.

3. Впервые обнаружены поперечные компоненты фотогальванического тока ,ГХ и 1у в сегнетоэлектрике ЫМЬ03:Ре.

4. Исследован АФ эффект в слабых сегнетоэлектриках и показано, что асимметрия электронных процессов в сегнетоэлектриках обусловлена кристаллическим полем действующим на атомы основного вещества или примеси.

5. Впервые обнаружен продольный (в Ъ направлении) фоторефрактивный эффект в сегнетоэлектрике 1лМ>Оз:Ре, обусловленный х и у компонентами фотогальванического тока и показана возможность записи голограммы в в Z — срезе кристалла.

6. Впервые изучено влияние поляризации света на продольный фоторефрактивный эффект в сегнетоэлектрике ЬПМЬОз^е и показано, что под действием поля создаваемого х или у компонентой фотогальванического тока, кристалл 1лЫЬОз:Ре из одноосного превращается в двуосный.

7. Обнаружен эффект фоторефракции в слабом сегнетоэлектрике КЪ22пВц, сегнетоэластике - сегнетоэлектрике Р~8Ь5071, кубическом пъезоэлектрике гпБ и в природных кристаллах кварца.

8. Обнаружено влияние длительности освещения на интенсивность фотолюминесценции в кубическом пъезоэлектрике гпв и смещение спектра в коротковолновую часть.

9. Обнаружено светоиндуцированное рассеяние света в кубических кристаллах 2пБ.

10. Впервые обнаружено рассеяние фотонов на неравновесных нетермализованных носителях заряда и эффект увлечения фононов неравновесными нетермализованными носителями заряда.

11. Впервые показано, что энергия неравновесных нетермализованных носителей заряда, ответственных за АФ эффект, не зависит от температуры кристалла вдали от фазового перехода из нецентросимметричной фазы в центросимметричную.

12. Впервые показано, что температурная зависимость подвижности равновесных и неравновесных нетермализованных носителей заряда при рассеянии на акустических, оптических фононах и ионах примеси различна.

13. Впервые показано, что характер температурной зависимости подвижности неравновесных нетермализованных носителей заряда, в кубических кристаллах без центра симметрии в зависимости от концентрации ионов, нейтральных атомов примеси и микродеформаций, меняется от нелинейного до линейного, а при их концентрации превышающей некоторую величину подвижность не зависит от температуры.

14. Впервые обнаружен эффект магнитострикции в сегнетоэлектриках.

15. Впервые обнаружены и исследованы фотоэлектрические свойства а и Р модификаций кристаллов 8Ьз071.

16. Впервые обнаружен и исследован фоторефрактивный эффект в сегнетоэластике а- 8Ь5071.

17. Показано, что одноосные механические напряжения влияют на температуру фазового перехода, коэффициент упругости и ширину запрещенной зоны сегнетоэластиков.

Научные положения, выносимые на защиту:

1. Особенности АФ эффекта в средах без центра симметрии определяются симметрией фотовольтаического тензора кп„ .Одной из особенностей фотогальванического тока в сегнетоэлектриках является наличие составляющей фотогальванического тока в направлении спонтанной поляризации, не зависящей от поляризации, то есть возможность наблюдения АФ эффекта в сегнетоэлектриках в неполяризованном свете.

2. При фотоионизации атомов основного вещества или примеси в сегнетоэлектриках, кристаллическое поле, действующее на атомы, определяет асимметрию элементарных электронных процессов (возбуждение, рассеяние и т.д.).

3. Преобладающими в механизме формирующем фоторефрактивный эффект в средах без центра симметрии, являются поля генерируемые АФ эффектом в этих средах.

4. В средах без центра симметрии обладающим пьезоэлектрическим эффектом, при фотоионизации атомов основного вещества или примеси, возникающие ионы создают микродеформации, которые ответственны за фотоиндуцированное рассеяние света.

5. Микродеформации, которые возникают при освещении кубических кристаллов 2п8, создают глубокие уровни в запрещенной зоне, приводящие к смещению спектра фотолюминесценции в коротковолновую сторону и к росту интенсивности фотолюминесценции, вследствие роста скорости генерации и рекомбинации носителей заряда.

7. Энергия неравновесных нетермализованных носителей заряда значительно больше ширины запрещенной зоны исследуемых кристаллов и не зависит от температуры кристалла вдали от фазового перехода из асимметричной фазы в центросимметричную.

8. Температурная зависимость подвижности равновесных и неравновесных нетермализованных носителей заряда различна при рассеянии на акустических и оптических фононах, ионах, нейтральных атомах примеси и микродеформациях. При учете всех механизмов рассеяния температурная зависимость подвижности неравновесных нетермализованных носителей заряда меняется от нелинейной до линейной в зависимости от концентрации ионов, нейтральных примесей и микродеформаций. Подвижность неравновесных нетермализованных носителей заряда не зависит от температуры кристалла при концентрации ионов, нейтральных примесей и микродеформаций, превышающей некоторое пороговое значение.

9. Влияние магнитного поля на температуру сегнетоэлектрического фазового перехода, фазовую границу, теплоемкость сегнетоэлектрика ВаТЮ3 есть следствие магнитострикции кристалла

10. Изменения физических свойств сегнетоэластиков обусловлены влиянием внешних воздействий на спонтанную деформацию сегнетоэластика.

Научная и практическая значимость работы обусловлена тем, что результаты, полученные в ней, являются решением целого ряда задач важных как в фундаментальном, так и в практическом отношении. Среди них выявление природы АФ эффекта, обусловленного асимметрией элементарных электронных процессов в средах без центра симметрии, доказательство того, что АФ эффект это симметрийный эффект и его особенности определяются симметрией фотовольтаического тензора. Установленные в работе новые данные о влиянии внешних воздействий на физические свойства сегнетоэластиков позволяют совершенствовать

теорию сегнетоэластических и фотосегнетоэластических явлений. Исследование АФ и ФР эффектов в поляризованном свете в сегнетоэлектриках и пъезоэлектриках открывает новые возможности для применения этих кристаллов в качестве преобразователей световой энергии в электрическую и в качестве фоторефрактивных сред для голографии и оптической записи информации в поляризованном свете.

Полученные в диссертации результаты показали, что все среды без центра симметрии можно использовать в качестве преобразователей световой энергии в электрическую энергию, а это кристаллы 21-го класса из 32 классов симметрии.

Исследования, проведенные в данной работе, внесли весомый вклад в новое направление «Фотоэлектрические свойства сред без центра симметрии» в физике конденсированного состояния.

Апробация работы. Основные результаты диссертации докладывались:

1. На международных конфренциях и симпозиумах: на IV Европейской конференции по сегнетоэлектричеству (г.Порторож, Югославия,3-7 сентября 1979 г.), на 2-м Японо-Советском симпозиуме по сегнетоэлектричеству (г. Киото, Япония, 6-11 сентября 1980 г.), в Международной школе по сегнетоэлекгрическим свойствам кристаллов(г. Пловдив, Болгария, октябрь 1979 г.), на международной конференции «Оптика полупроводников OS-2000»(r. Ульяновск, 19-23 июня 2000 г.), на V международной конференции «Оптика, оптоэлектроника и технологии» (г. Ульяновск, 23-27 июня 2003 г.), на VI международной конференции «Оптика, наноэлекгроника, нанотехнологии и микросистемы» (г. Ульяновск,4-8 октября 2004 г.), на VII международной конференции «Опто-, наноэлекгроника, нанотехнологии и микросистемы» (г. Ульяновск-Владимир, 27-30 июня 2005 г.), на V международном семинаре по физике сегнетоэластиков (г. Воронеж, 10-13 сентября 2006 г.), на X международном симпозиуме «Упорядочение в минералах и сплавах» (Ростов-на-Дону, 19-24 сентября 2007 г.), на IX международной конференции «Опто-, наноэлекгроника, нанотехнологии и микросистемы» (г. Ульяновск-Туапсе, 24-30 сентября 2007 г.), на XI международном симпозиуме «Упорядочение в минералах и сплавах» (Ростов - на - Дону, 10-15 сентября 2008 г.), на IX международной конференции. Опто -наноэлектроника, нанотехнология и микросистемы. ОН12 — 11. (Ульяновск-Туапсе, 25-30 май, 2009 г.), на ХШ международном симпозиуме «Упорядочение в минералах и сплавах» (Ростов-на-Дону -пос. Лоо, 9-15 сентября 2009 г.), на XXII международном семинаре «Релаксационные явления в твердых телах». (Воронеж, 14-18 октября 2010), на Международном междисциплинарном симпозиуме «Физика межфазных границ и фазовые переходы» (Ростов - на - Дону - пос. Лоо,

s

19-23 сентября 2011 г.), на международном семинаре «The Seventh International Seminar on Ferroelastic Physics» (Voronezh, Russia, September,10-13, 2012), на международном междисциплинарном симпозиуме «Физика поверхностных явлений, межфазных границ и фазовые переходы» (18-23 сентября 2012, г. Нальчик - пос. JIoo, Россия).

2. На Всесоюзных и всероссийских конференциях и совещаниях: на IX Всесоюзном совещании по сегнетоэлектричеству (г. Ростов - на -Дону,24-26 сентября 1979г.), на V семинаре по полупроводникам -сегнетоэлектрикам (г. Ростов - на - Дону,3-5 июня 1987 г.), на V Всесоюзном семинаре « Магнетизм редкоземельных сплавов» (г. Грозный, 15-20 июня 1988 г.), на Всесюзном семинаре «Проблемы зонной теории кристаллов» (г. Грозный, 7-9 декабря 1990 г.), на XVII Всероссийской конференции по физике сегнетоэлектриков (г. Пенза, 26-1 июля 2005 г.), на XVIII Всероссийской конференции по физике сегнетоэлектриков (г. Санкт-Петербург, 19-14 июня 2008 г.).

3. На региональных конференциях и совещаниях: на ежегодном конкурсе научных работ сотрудников ИКАН (г. Москва, октябрь 1979 г.), на бюро отделении общей физики и астрономии АН СССР (г. Москва, 18 июня 1980 г.), на VIII научной конференции преподавателей и сотрудников Чечено-Ингушского университета (г. Грозный, 12-14 апреля 1983г.), на Республиканской научно-технической конференции (г. Грозный, 30-31 октября 1987 г.), на научно-практической конференции Ингушского государственного университета (г. Назрань 2002 г.), на региональной научно-практической конференции (г. Грозный,4-5 июня 2002 г.), на региональной научно-практической конференции «Вузовское образование и наука» (г. Магас, 24 июня 2005 г.).

Публикации. Диссертационная работа выполнялась с 1980 по 2011 г. по открытому плану в Институте кристаллографии РАН, в Чечено-Ингушском государственном университете, в Ингушском государственном университете. По теме диссертации опубликовано свыше 47 работ, и из них 15 в журналах из списка ВАК.

Личный вклад автора. Почти во всех работах вклад автора является определяющим и состоит в постановке задачи, выборе объектов исследования, участии в экспериментальных исследованиях и в обсуждении результатов. В публикациях по теме диссертации [1-7] постановка задачи и выбор объектов исследования принадлежит профессору В.М. Фридкину, экспериментальные исследования выполнены автором.

Автором обнаружены и исследованы целый ряд новых явлений в средах без центра симметрии и сегнетоэластиках, имеющих значение, как в прикладном так и в научном направлениях. На разных этапах работы исследования выполнялись совместно с коллегами из различных научных

организаций. Фотоэлектрические, фотосегнетоэластические и оптические измерения выполнены в Институте кристаллографии АН СССР под руководством проф. В.М. Фридкина и К.А. Верховской. Исследования светоиндуцированного рассеяния, фотолюминесценции, диэлектрических свойств сегнетоэлектриков, влияние поляризации света на ФР эффект, влияния магнитного поля на свойства сегнетоэлектриков и механических полей на свойства сегнетоэластиков выполнены в Чечено-Ингушском государственном университете аспирантами и студентами выполняющими диссертационные и дипломные работы под руководством автора (A.A. Жансаев, Х-С.Х. Ахматов, А.Х. Долакова, Я.Е. Аджимурзаев, А.И. Бакрадзе, Я.М. Муслимов, Х.Ц. Мусаев, Р.Н. Тимошенко). Исследования взаимодействий неравновесных нетермализованных электронов с фононами и фотонами выполнены автором в Ингушском государственном университете.

Кристаллы Sbj07I предоставлены проф. Р. Нитше (Фрайбургский университет, ФРГ), кристаллы Rb2ZnBr4 проф. Т. Накамурой (Токийский университет, Япония), кристаллы KNb03 доктором П. Гюнтером (Швейцарский технологический институт, Цюрих, Швейцария), кристаллы Bii2TiO20 и ZnS предоставлены сотрудниками лаборатории гидротермального синтеза ИКАН СССР В. А. Кузнецовым, M.JI. Барсуковой и В.В. Штернбергом, кристаллы ниобата бария-стронция предоставлены Ю.С. Кузьминовым (ФИАН СССР), кристаллы ниобата лития предоставлены К.Г. Белабаевым, кристаллы ВаТЮз проф.А.А. Грековым (РГПИ, Ростов-на-Дону).

Работа выполнялась при поддержке и плодотворном участии проф. В.М. Фридкина, работы которого по фотосегнетоэлектрикам и АФ эффекту известны во всем мире и доктора физ.-мат. наук К.А. Верховской.

Структура и обьем диссертации. Диссертация состоит из введения, 6 глав, заключения, списка основных работ и списка цитированной литературы. Объем диссертации - 289 страниц, 97 рисунков, 2 таблицы и 316 ссылок на литературные источники.

Содержание диссертации.

Во Введении формулируется актуальность диссертационной работы, ее цель, научная новизна, а также основные положения, выносимые на защиту. Отмечается практическая и научная значимость диссертации, приводится список конференций и симпозиумов, на которых докладывались результаты работы.

Глава I посвящена обзору экспериментальных и теоретических работ по теме диссертации.

В данной главе (§.1.1) сделан краткий обзор теоретических представлений и экспериментальных данных по АФ эффекту и магнитофотовольтаическому эффекту. АФ эффект представляет собой

возникновение стационарного тока в однородном материале при его однородном освещении [1, 3]. Фотовольтаический (фотогальванический) ток обусловлен асимметрией процессов генерации, рекомбинации и рассеяния носителей заряда [2]. Феноменологически фотогальванический ток может быть представлен как сумма линейного и циркулярного фотогальванических токов[6, 7]:

j,= ipiu{eke] + ete,)l2 + ilyS (!)

Где I - интенсивность света,?- вектор поляризации световой волны. Первое слагаемое в выражении (1) описывает линейный фотогальванический ток (ЛФГЭ), определяемый тензором третьего ранга Рш, который по своим трансформационным свойствам аналогичен пъезотензору и наблюдается как в естественном, так и в поляризованном возбуждающем свете. Тензор третьего ранга pad отличен от нуля только в средах без центра симметрии. Второе слагаемое описывает циркулярный фотогальванический ток (ЦФГЭ), определяемый псевдотензором второго ранга Yik и наблюдается только в гиротропных кристаллах при освещении их циркулярно поляризованным светом. ЛФГЭ был идентифицирован как новое фотоэлектрическое явление в работах А.М. Гласса с соавторами, выполненными на сегнетоэлектрических кристаллах, а фотогальванические токи были связаны с наличием у сегнетоэлектриков полярной оси. A.M. Глассом с соавторами была предложена первая модель АФ эффекта, основанная на электронных переходах в зону из примесного центра, имеющей асимметричное распределение потенциала. Это приводит к асимметричному выбросу электронов с уровней примеси в зону и, соответственно, к стационарному фотогальваническому току. Первая теория АФ эффекта связанная с этим механизмом была предложена Белиничером В.И. с соавторами. Микроскопические механизмы ЛФГЭ были рассмотрены при фотоионизации дипольных примесей в сегнетоэлектриках, примесных центров в кристаллах симметрии Та, при междузонных оптических переходах, при поглощении света свободными носителями в простой зоне, при переходах между подзонами сложной зоны.

К началу 80-х годов АФ эффект был обнаружен и исследован во многих сегнетоэлектриках [1], однако АФ эффект не был изучен в поляризованном свете в сегнетоэлектриках и оставался малоизученным в пъезоэлектриках.

Магнитофотогальваническим (МФГЭ) или

магнитофотовольтаическим эффектом называют генерацию фототока индуцированного магнитным полем под действием поляризованного или неполяризованного оптического излучения.

Индуцированное светом изменение показателя преломления кристаллов называют фоторефрактивным эффектом (§.1.2). Индуцированное светом изменение показателя преломления в сегнетоэлектрических кристаллах ЫЫЬОЗ и ЫТаОз впервые наблюдали А. Ашкин с соавторами. Фоторефрактивные кристаллы образовали новый класс светочувствительных сред, и они находят широкое применение в объемной голографии. Качественная модель эффекта фоторефракции предложена Ченом. В модели Джонстона предполагается, что освещение сегнетоэлектрика приводит к изменению спонтанной поляризации. Изменение спонтанной поляризации сегнетоэлектрика, обусловленное изменением концентрации свободных носителей заряда, впервые было рассмотрено В.М. Фридкиным. Механизм непосредственного изменения спонтанной поляризации и других сегнетоэлектрических свойств при фотовозбуждении рассмотрен в публикациях А.П. Леванюка и В.В. Осипова. Диффузионный механизм фоторефракции разработанный Амодеем и Стайблером, описывает случай записи голограмм в сегнетоэлектриках.

АФ эффект впервые обнаруженный В.М. Фридкиным с сотрудниками [1] и А.М. Глассом с сотрудниками [2], количественно описывает эффект фоторефракции.

Изучение АФ эффекта в магнитном поле (§ 1.3) дает возможность определить подвижность носителей заряда ответственных за АФ эффект. Экспериментальные исследования показали, что температурная и спектральная зависимость подвижности равновесных термализованных и неравновесных нетермализованных носителей в кубическом пъезоэлектрике ZnS различна, причем подвижность неравновесных нетермализованных носителей не зависит от температуры [2]. Из исследований линейного и циркулярного АФ эффекта в магнитном поле была определена подвижность в кристаллах типа силленита. Подвижность, определенная для неравновесных нетермализованных носителей, ответственных за циркулярный фотогальванический ток, оказалось равной ц=103 см2 В" с"1 и на много порядков больше подвижности для термализованных носителей (ц<< 1), и на порядок больше подвижности неравновесных нетермализованных носителей ответственных за линейный фотогальванический ток.

Механические поля влияют на физические свойства сегнетоэлектриков (§1.4), и в частности на температуру сегнетоэлектрического фазового перехода, диэлектрическую проницаемость, доменную структуру. Магнитные поля, также влияют на физические свойства сегнетоэлектриков. Сегнетоэластики являются аналогом сегнетоэлектриков, только параметром фазового перехода в сегнетоэластиках является не спонтанная поляризация, а спонтанная

деформация.Механические поля должны влиять на физические свойства сегнетоэластиков аналогично влиянию электрических полей на свойства сегнетоэлектриков.

Вторая глава посвящена описанию экспериментальных методов. При исследовании АФ эффекта требования, которые предъявлялись к методике эксперимента, обуславливались малыми величинами измеряемых токов (10"9-10"15 А.). Для измерения фотогальванических токов использовался динамический электрометр ЭД-05М с пределами измерений от 10' до 10'16 А и основной погрешностью не более 4%. Полезный сигнал от электрометра записывался электронным самопишущим потенциометром КСП-4 (§2.1). Для проведения температурных измерений использовался азотный криостат и терморегулятор. Спектры оптического поглощения кристаллов и их температурные зависимости были сняты на двухлучевом спекрофотометре « БрекогсШУ-УК».

Фоторефрактивный эффект в кристаллах без центра симметрии исследовался с помощью поляризационно-оптической методики. При толщине кристалла 4мм данная методика позволяла измерять Дп с точностьюЮ'7 (§2.2). Для измерения Дп также использовался метод голографической интерферометрии. При исследовании влияния поперечных компонент АФ эффекта на вид оптической индикатрисы ниобата лития с примесью железа использовался метод исследования оптических свойств кристаллов в сходящемся поляризованном свете (§2.3). В §2.4 описана методика исследования фотолюминесценции и рэлеевского рассеяния в кристаллах. Взаимодействие неравновесных нетермализованных электронов с фотонами исследовалось на спетрометре ДФС-24 (§2.5), а при исследовании электрон-фононного рассеяния использовался калориметрический метод измерения коэффициента теплопроводности (§2.6). Для исследования влияния магнитных полей на физические свойства сегнетоэлектриков был использован прибор из немагнитного материала специальной конструкции, позволяющий исследовать диэлектрическую проницаемость, температуру сегнетоэлектрического фазового перехода и относительное тепловое расширение. При исследовании относительного теплового расширения использовался метод проволочных тензодатчиков, который позволял измерять относительное тепловое расширение с точностью 0,87-10", а при исследовании диэлектрической проницаемости использовался метод плоского конденсатора (§2.7).Конструкция прибора используемого для создания одноосных механических напряжений, позволяла также изучать влияние этих напряжений на диэлектрическую проницаемость, доменную структуру и температуру фазового перехода исследуемых кристаллов. Для наблюдения доменной структуры и контроля ее изменения использовалась поляризациоонно-оптическая методика (§2.7).

Третья глава посвящена экспериментальному исследованию АФ эффекта в слабых сегнетоэлектриках, сегнетоэлектриках-сегнетоэластиках, пъезоэлекгриках, исследованию АФ эффекта в поляризованном свете и фоторефрактивного эффекта в сегнетоэлектриках и пьезоэлектриках.

При освещении сегнетоэлектрического кристалла неполяризованным светом в собственной или примесной области поглощения, выражение для фотовольтаического тока J в направлении спонтанной поляризации Р0 имеет вид:

3 = (1)

где а - коэффициент поглощения, I - интенсивность света, к -соответствующая усредненная компонента фотовольтаического тензора

^¡ы •

Механизм АФ эффекта, основанный на асимметрии электрон-фононного взаимодействия, а так же другие предложенные механизмы приводят к выводу о том, что компонента к прямо пропорциональна спонтанной поляризации:

к = рР, (2)

Для кислородно-октаэдрических сегнетоэлектриков /?« ю-5 (Джухсмг, для сегнетоэлектриков группы КДР /?«1<г5(Дж)'1см3 [3]. Особый интерес представляет измерение р для слабых сегнетоэлектриков с очень низкими значениями спонтанной поляризации Р0. Сегнетоэлектрик НЬ2гпВгА ниже точки Кюри г0=187 к обнаруживает спонтанную поляризацию Р„ = \Ч''1мкК-см'г, которая на 2-3 порядка ниже, чем у всех исследованных до сих пор сегнетоэлектриков. При комнатной температуре кристаллы тетрабромцинката рубидия принадлежат к пространственной группе йЦ. Нами исследовались кристаллы ВЬг2пВгл, выращенные из водных растворов. Исследованы температурные зависимости ширины запрещенной зоны, темновой и фотопроводимости кристаллов. Спектральное распределение фотопроводимости и фотовольтаического тока показывает, что АФ эффект в кристаллах ЯЬ22пВгА является собственным. АФ эффект исследовался путем снятия вольт-амперных характеристик фототока в <1- направлении монодоменного кристалла. (§ 3.1) На рис.1 представлены вольт-амперные характеристики, снятые в сегнетоэлектрической области (Г = 131Я") для разных интенсивностей освещения (¿ = 313нм, коэффициент поглощения а=5см"1). Компоненты фотовольтаического тензора 1= £зз=1,2-10 '9 А-см-(Вт)л близки к значению £31 у ЫШО} и других кислородно-октаэдрических сегнетоэлектриков. В то же время параметр /?=(^/Р,)юЮ"2(Дж;Г1см3 на два-

три порядка выше, чем у сегнетоэлектриков кислородно-октаэдрической

;-юи,л-см'2

Рис.1. Вольт-амперные характеристики фототока для разной интенсивности освещения (Л = 313/ш, а^5см~'). 1)-4,6; 2)-3,7; 3)-2,6; 4)-0,75-10'3Втсм2.

к'Ю , Л-см

Ps-106, К-см"2

- 3 л -

t V 1

0,1

0,05

150 200 т< к

Рис.2. Температурная зависимость фотовольтаического тока J (1), константы к (2) и спонтанной поляризации Ps (3). Х-Ъ\Ънм, I - 2,6-Ю'3 Вт-см'1, а«5ш~\

Как видно из рис.1, при изменении интенсивности света в пределах (l-!-5)-l(r3.flm-cM~2 генерируемое на кристалле фотонапряжение изменяется в пределах (з+4,5) ю35. На рис.2 представлены температурные зависимости фотовольтаического тока У (1), константы к (2) и спонтанной поляризации Р0(3) в области сегнетоэлектрического фазового перехода. В параэлектрической области, а также в несоразмерной фазе АФ эффект отсутствует. Примечательно, что в области, где Ps = const J и к обнаруживают рост с понижением температуры, по-видимому, обусловленный температурной зависимостью подвижности электронов (и, соответственно, времени релаксации) в области фазового перехода.

Большое значение параметра р для тетрабромцинката рубидия при низких значениях спонтанной поляризации, возможно, указывает на роль атомной структуры кристалла в механизме, ответственном за асимметрию возбуждения или рассеяния неравновесных электронов.

Исследование собственного АФ эффекта имело большое значение для выяснения механизмов ответственных за этот эффект(§ 3.2). Иодид окиси сурьмы, 56507/, который существует, по крайней мере, в восьми полипных модификациях, являлся хорошим объектом для исследования собственного АФ эффекта. В зависимости от принадлежности к одной из модификаций эти кристаллы являются сегнетоэластиками или сегнетоэлектриками-сегнетоэластиками. Модификация р-8Ь50-,1 ниже точки Кюри Т0 =338 к является сегнетоэлектриком - сегнетоэластиком. Спонтанная поляризации кристаллов р-БЪр^ равна Р, = 5-Ю"3АГ/.к1 спонтанная деформация 7 = 2-Ю"2, коэрцитивное напряжение <тк =1,8-106я/д<2, а коэрцитивное поле Ек =2-10гв/см. Для сегнетоэлектрика - сегнетоэластика был обнаружен и исследован

фотовольтаический эффект в сегнетофазе (7"0 =ЗПК), исследована температурная зависимость темновой и фотопроводимости и кинетика фотовольтаического тока при комнатной температуре при включении и выключении света. Из спектрального распределения фотовольтаического тока/в /?-56507/ при г=300 к видно, что ток является собственным. В отличие от результатов, полученных ранее для сегнетоэлекгриков, а также для пъезоэлектрика фотовольтаический ток J в /?-56507/ с

понижением температуры падает по экспоненциальному закону, а генерируемое током У поле Ё, измеряемое методом компенсации, растет

(рис. 3).

,'2

-2

Е .В-см'1

Н0",А-см

10

40

8

6

20

4

2

3 4 5 1000

_' , к. Т

Рис.3. Температурная зависимость У и £ для р-8Ь}0-,1.

Такое поведение АФ эффекта в /?-5Ъ507/, возможно, связано с особенностями микромеханизмов собственного и примесного АФ эффектов. Исследования в линейно- поляризованном свете позволили определить компоненты: ки = МО"10 А ■ см ■ (В/п)"1 и = 0,3 • 1(Г10 А • см - (Вт)"'. Измерения в линейно- поляризованном свете проводились для постоянной интенсивности света I = 1,8 • 10"* Вт-слг2 (Л = 370«м).

Нами обнаружен и исследован объемный фотовольтаический эффект в пьезоэлектрических кристаллах 2«5 и ЫпТЮ1а, принадлежащих к кубической точечной группе 23 (§3.3). В отличие от сегнетоэлектриков [1], фотовольтаический эффект в пьезоэлектриках можно наблюдать только в поляризованном свете [2]. АФ эффект в ацентрических кристаллах описывается фотовольтаическим тензором р,ы [1,2], который по своим симметрийным свойствам аналогичен пьезотензору. Для кубической точечной группы 23 он имеет вид:

о о о ры о о о о о о Д14 о 0 0 0 0 о ри

(3)

Если фотовольтаический тензор записать в виде, рНп = а(а)ки„ то выражение для фотовольтаического тока имеет вид:

J, = а{а)к„.Ё,Ё; (4)

где J, - компонента фотовольтаического тока, Et и Еп - проекции вектора поляризации линейно поляризованного света, а(о) - коэффициент поглощения. Как следует из вида фотовольтаического тензора для ZnS и BinTiO20, ки„ Ф 0 только для i±e*n.

Следовательно, в использованной геометрии опыта (свет распространялся вдоль оси [001]) величина и знак фотовольтаического тока в направлении оси Z будут зависеть от ориентации плоскости поляризации света относительно осей [100] и [010]:

J1=akzxyExE'y=ak^E2cosip-sinip = ^akuIsia2ip (5)

где ч> - угол между плоскостью поляризации света и осью Х(или У).

Исследовались кубические кристаллы ZnS, выращенные гидротермальным методом в растворах нгРО0 (ат «1,2-10"13Ом"1ои~1) и КОН (сгг «3-Ю"14Олг'слг1). Из кристаллов вырезались параллелепипеды размером 5x5x1 и 3x3x4лш3. На рис.4 представлена ориентационная зависимость j,=j*{<p) Для снятая при Г = 143 К при освещении светом с длиной

волны л = 500 им (а и 5см"') и интенсивностью / = 2,3-10~3Вт/см2. Сравнение этой угловой зависимости с (5) дает кн = 5 ■ Ю"9 л • см (Вт)'1.

6

4

2

0

-2

-4

-6

Рис.4.Ориентационная зависимость плотности фотовольтаического тока в направлении [001]. Кристалл освещается линейно-поляризованным светом в направлении[001 ] Т=143 К, 1=2,3-10 "3 Вт см", >.= 500 нм.

Таким образом, значение модуля ки в исследованных нами кристаллах гпБ существенно вьппе, чем у известных сегнетоэлектриков. В отличие от сегнетоэлектриков, кинетика фотовольтаического тока в 2п$ не содержит переходного максимума, который в сегнетоэлектриках может быть связан с пироэффектом.

С понижением температуры фотовольтаический ток линейно возрастал. Поле, генерируемое в направлении оси 2 кристалла Хп5 фотовольтаическим током, изменялось в пределах от 1 В-см"1 (Т=300 К) до 40 В-см"1(Т=143 К).

В кристаллах ТгЗ фотовольтаический эффект имеет в основном примесный характер. Примесная полоса в спектральном распределении J расположена вблизи Л = 500нм. Там же расположен примесный максимум фотопроводимости. Для кристаллов, выращенных в кислотной или щелочной среде, примесный максимум имеет разное положение и сдвигается в пределах 450-500 им.

В [44] наблюдался фотовольтаический эффект в кубическом пьезоэлекгрике 5/пА'О20, для которого была измерена единственная, отличная от нуля, компонента фотовольтаического тензора к„ =10~9А-см-(.Вт)-' при комнатной температуре. Нами были проведены аналогичные измерения для пьезоэлекгрика В^ТЮ^ при 133 А*. Измерения проводились для кристаллов титаната висмута, имеющих форму пластинки, параллельной грани (100). Поверхность пластинки освещалась линейно-поляризованным светом на длине волны А = 500 нм

1,10", А/см2

У. гпэ

- уР

/ ^Ч 2 / 1 \| 1 X

90\ /180

/ <р,град

(/ = 2,3 • 10~3 Вт • си"2), которая соответствует краю полосы собственной

фотопроводимости.

Экспериментальная ориентационная зависимость

фотовольтаического тока согласуется с (5), причем ¿„ =2-Ю~'Л-см-(Вт)~1 для коэффициента поглощения света кристаллом в/аТЮт а ю 8,5 см"1 (Л = 500 км). Максимуму фотовольтаического тока соответствовало поле Ё = 10 в -см"1. Ошибка в измерении токов не превышала А/ = 3 • ю~'5 А.

В настоящей работе для ШЬО,: Ге впервые обнаружена зависимость фотовольтаического тока от поляризации света и определены компоненты фотовольтаического тензора (§3.4). Измерения проводились для монокристалла ниобата лития с примесью железа (0,05 вес-% Ре), имевшего форму параллелепипеда с гранями (001), (010) и (100) и, соответственно, линейными размерами 0,5x0,3 5x0,1 см. Освещение кристалла производилось линейно поляризованным светом на длине волны Я = 500им, что соответствует краю полосы поглощения Л2* в

ШЬО, ■ Л [11. Поле £ =—, генерируемое фотовольтаическим током

а

измерялось методом компенсации. Все измерения проводились для постоянной интенсивности света / ^ 2,3-Ю'3 Вт-см'2 при комнатной температуре.

Фотовольтаический ток измерялся как в направлении спонтанной поляризации (ось 2Г), так и в направлениях X и У для всех возможных ориентаций плоскости поляризации света. На рис.5а, б, в представлены экспериментальные зависимости фотовольтаических токов Jy и Зх от угла <? между плоскостью поляризации света и соответствующей осью кристалла.

Для точечной группы Ът, к которой принадлежит ниобат лития, фотовольтаический тензор кц„ имеет вид:

0 о кх5 -2к1г 0 k¡¡ о о к„ 0 0 0

(6)

Принимая во внимание отличные от нуля компоненты тензора к1{„ , запишем, в соответствии с (6) выражение для фотовольтаических токов J„ Jy и Jx (направление распространения линейно-поляризованного света указанно, соответственно, на рис.5а, б, в):

J, = а[кп1 + (~кп+кп)1 eos1 <р\. (7)

Jy=a fra/(l-2sin2 р). (8)

Jx = а кг11 sin2 <р, (9)

где а - коэффициент поглощения, I — интенсивность света. Сравнение экспериментальных ориентационных зависимостей рис.5 а, б и в, соответственно, с (7), (8) и (9) указывает на их хорошее согласие.

Рис. 5. Зависимость фотовольтаического тока }г (а), }у (б) и 1х (в) от ориентации плоскости поляризации света в 1лМЬ03:Ре. Направление распространения света указано на рис. а, б и в.

В то время как токи ^ и ^ отличны от нуля только для линейно-поляризованного света и дважды меняют знак при повороте плоскости поляризации на 360°, ток в направлении спонтанной поляризации имеет составляющую, не зависящую от направления поляризации света. Возможно, это объясняет, почему ранее не наблюдалось влияние поляризации света на фотовольтаический ток /г. Интересны два случая, не представленные на рис.5. Если свет распространяется вдоль оси X ,то

Jx = 0 при любом значении <р. При распространении света вдоль оси 2 ток J1 = акп1 и не зависит от направления поляризации света. При распространении света вдоль осей X или У и измерении, соответственно, токов и Л, токи эти являются пространственно осциллирующими, так как полная поляризация света при этом осциллирует в кристалле с периодом, определяемым разностью скоростей собственных мод:

£(р)~ехр[|(ле-л0)дг1 Щ = (о1с (10)

Заметим, что амплитуда токов ^ъЪ (рис.5) более чем на порядок ниже Л. соответственно и генерируемое поле Ех и Ёу оказалось более, чем на порядок ниже Ес и не превышало 200 В см'1. Однако и этих полей было достаточно, чтобы наблюдать фоторефрактивный эффект(£(Лл)«10^) в направлении оси 2, который при указанной выше интенсивности света был более, чем на порядок ниже известного ранее поперечного фоторефрактивного эффекта (в направлении оси У).

Из сравнения кривых на рис. 5 а, б и в с выражениями (7) - (9) были определены компоненты фотовольтаического тензора к,1п в ЬШО%: л при освещении светом с Л = 500 им (а = 4,5-см''). В результате получены следующие значения: *31 = 1,4-10"9; ¿„=1,5-10''; кп={0,г^О,\)ЛО'№А-см1Вт. Значения кп и к1} близки к определенному ранее значению фотовольтаического коэффициента для ШЪОъ: Fe в неполяризованном свете. Разброс значений токов Ли ^ при измерении, обусловленный помехами, наводимыми АФ эффектом вдоль оси 2, не превышал д/ = 3-Ю"15Л.

Проведенные исследования показывают, что исходя из симметрии кристалла, можно предсказать, в каком направлении и при какой геометрии опыта фотовольтаический ток отличен от нуля, и определить зависимость фотовольтаического тока от ориентации плоскости поляризации света в кристалле.

Экспериментальные исследования влияния поляризации света на АФ эффект в ВаТЮу (§3.5) показали, что фотовольтаический ток действительно имеет составляющую, не зависящую от направления плоскости поляризации света, как и следует из вида фотовольтаического тензора для кристалла ВаТЮ,. Токи и Jy в эксперименте не наблюдались, так как они являлись пространственно-осциллирующими и поэтому определить значение компоненты *15 не удалось. Для остальных компонент фотовольтаического тензора ки„ получены значения: к„ « кп = Ц • 10"' А ■ см/ Вт (X = 410 нм, I = 3,1-10"4 Вт ■ см'2, ах = 8,4см"1 ,ап = 10,2см"1).

Все измерения проводились при комнатной температуре. Аналогичные измерения были проведены при комнатной температуре для

кристаллов Ваа153га15 М>2о6, которые в сегнетофазе принадлежат к той же точечной группе 4т, что и ВаТЮ,. В результате получены следующие значения:/Цз =2,8-10~*А-см 1Вт\ кп = 3,9- Кг*А■ смIВт. Кристалл освещался линейно-поляризованным светом на длине волны Л = 500 нм (/ = 2,3 ■ КГ3 Вт ■ см'2 ;ап= 3,8см"1 ;ах = 3,1см"1). Значения к„ и к31, полученные для Ваал5Ь\п ХЬг06, на порядок больше значений кп и для ШЬОг: Л? и ВаТЮ,.

Исследованные нами кристаллы К К'ЬОъ: ^ (0,1%/^) при комнатной температуре принадлежат к точечной группе тш2. Из вида фотовольтаического тензора для этой точечной группы вытекает, что при распространении линейно-поляризованного света вдоль осей X и Г, соответственно, токи Jy и У, отличны от нуля и осциллируют в кристалле. Поэтому компоненты к15 и ки определить не удалось. Остальные компоненты фотовольтаического тензора кш для К МО}: Р, оказались Приблизительно равными: к}1 и кп =10^А-см/Вт.

Если эффект оптического повреждения в сегнетоэлектрических кристаллах связан с фотовольтаическим эффектом, то поля Ех и Еу, генерируемые ^ и ]у компонентами, должны вызывать «искажение» оптической индикатрисы кристалла ЫЫЬОз^е. Так как величина и знак Зх и ^компонент зависят от ориентации плоскости поляризации света падающего на кристалл, то и возникшее «искажение» оптической индикатрисы должно зависеть от поляризации света

Исследования проводились для монокристаллов ниобата лития с примесью железа (0.03%), вырезанных из одной були и имевших форму параллелепипеда с гранями (100), (010), (001) с соответствующими линейными размерами кристаллов: №1-1.5x2x3 мм, №2 — 1.5x3x2 мм, №3 - 2x3x4 мм, №4 - 4x5x6 мм(§4.1). Освещение кристалла производилось излучением Не-Ие - лазера (¿ = 630нм). Коноскопическая картина г-среза кристалла исследовалась с помощью поляризационно-оптического микроскопа МИН-4.

Кристалла ниобата лития одноосный, поэтому для необлученного кристалла в направлении [001] в сходящемся поляризованном свете при скрещенных николях наблюдается черный крест изогир (рис.ба).

При освещении излучением Не-Ые - лазера (диаметр лазерного пучка приблизительно равен 4 мм) в направлении [001] (ось 2) так, чтобы направление плоскости поляризации света составляло угол <р«45° с осью X, из уравнений (8) и (9) следует, что Jy = 0, а JXФ о и максимален. Поле Ех, генерируемое Js - компонентой фотовольтаического тока, в этом случае искажает оптическую индикатрису кристалла, и кристалл

становится оптически двуосным (рис.66). Исследования в поляризационном микроскопе коноскопической картины кристалла с помощью кварцевого клина показало, что кристалл оптически положительный. Угол между оптическими осями, определенный с помощью поляризационно-оптического микроскопа, равен приблизительно 3°. Если поле создается 1у компонентой, то картина двуосности поворачивается на 90°. Возникшее оптическое искажение зависит от интенсивности излучения и времени экспозиции. При интенсивности Не-Ие - лазера I ~ 1 Вт/см2 оптическое искажение достигает максимального значения за время экспозиции 1 ч и сохраняется в течение 7-8 месяцев.

Проведенные исследования показали, что вид коносокоптической картины г-среза кристалла зависит от времени экспозиции (рис.7). При времени экспозиции порядка трех часов картина двуосности поворачивается на 90° (рис.7 в), а при дальнейшем увеличении времени экспозиции (г = 4ч) вид картины (рис.7 г) близок к коноскопической картине г-среза неосвещенного кристалла (рис.6 а). Изменение вида коноскопической картины можно объяснить тем, что за счет малых погрешностей при ориентировке кристалла <?>» 0° и вдоль оси X кристалла течет малый ток, поэтому результирующее объемное поле в кристалле с течением времени меняется, что и приводит к изменению вида коноскопической картины.

а) до освещения; б) после освещения линейно-поляризованным светом (1-1Вт/см2).

Плоскость поляризации света составляла угол ф = 45° с осью X кристалла.

Расчетное значение Апр »1,45-10-6 хорошо согласуется с экспериментально наблюдаемой величиной «4-КГ4, которая на два порядка меньше, чем в случае распространения излучения перпендикулярно полярной оси.

Фоторефрактивный эффект в ЯЬг2пВг< исследовался методом компенсации [33]. Кристалл равномерно освещался ртутной линией Х=313 им. Для регистрации д« в направлении Ь - оси кристалл освещался гелий — неоновым лазером (X - 633им).

в) г)

Рис.7. Зависимость продольного фоторефрактивного эффекта в иЫЪОг - Ре (кристалл №2) от времени экспозиции при освещении линейно-поляризованным светом (1=1 Вт/см2, ф=45°): а) г = 1час; 6)1 = 2 часа; в) I = 3 часа; г) I = 4 часа;

На рис.8 представлена температурная зависимость экспериментальных значений Дл„с„ вблизи сегнетоэлектрического фазового перехода (кривая 1). В параэлектрической области, а также в несоразмерной фазе фоторефрактивный эффект отсутствует. Сравнение экспериментальных и вычисленных значений Дп (соответственно, кривая 1 и 4 на рис.8) показывает их близость при низких температурах и сильное расхождение вблизи сегнетоэлектрического фазового перехода. Близость значений дпжа и Ъптеор вдали от точки Кюри показывает, что фоторефрактиный эффект в кьг1пВ)\ обусловлен АФ эффектом и, следовательно, вдали от фазового перехода температурная зависимость фоторефрактивного эффекта должна определяться температурной зависимостью Ё и электрооптических констант.

Расхождение экспериментальных и вычисленных значений фоторефрактивного эффекта Лл вблизи фазового перехода из сегнетоэлектрической фазы в несоразмерную фазу естественно связан с переходом кристалла в полидоменное состояние.

Рис.8. Температурная зависимость фоторефрактивного эффекта Дп,„п (1), фотовольтаического поля Е (2), электрооптического параметра (г$гп - г%г„) (3) и Дптеор. в близи точки Кюри, положение которой указано стрелкой.

Для исследования эффекта фоторефракции в природных кристаллах кварца был использован метод топографической интерференции по схеме с локальным пучком (§3.8).

С учетом компонент фотовольтаического тензора для кристалла кварца, выражения для фотовольтаических токов Jx и Зу записываются

следующим образом:

^=а1ктЁ, ■ Ё; + ктЁ2 - Ё; +{кт + кт)Ё2Ё]}. (Ю)

(П)

= (12)

где а- коэффициент поглощения света кристаллом.

В зависимости от геометрии эксперимента выражения (10) и (11) принимают следующий вид:

а) при освещении вдоль оси Ъ линейно-поляризованным светом для ,/х

получаем выражение

Jx = акшЕ?(соэ2<р-5 ш2 </>)= аки1(\,-2зт2 </>) (13)

а для Зу, имеем

Зу=-2аки1&ш2<!> (14)

б) при освещении вдоль оси У линейно-поляризованным светом получаем

Зх = акп1 со52<» (15)

Зу = -акн1 ¡,ш2<р (16)

в) при освещении вдоль оси X линейно-поляризованным светом получаем Jx = akuI sin 2 <р - akt,/ cos2 <p. (17)

Л = 0' (18)

где I-интенсивность линейно-поляризованного света, (р - угол между плоскостью поляризации света и соответствующей осью кристалла.

Из рассмотренного видно, что наиболее оптимальным является вариант засветки кристалла вдоль оси «У» линейно-поляризованным светом.

Линейный АФ эффект был обнаружен в природно-окрашенных однородных монокристаллах кварца В.М. Фридкиным с соавторами [2]. В работе [2] показано, что максимум примесного поглощения для природных кристаллов кварца приходится на интервал длин волн (300+500)Нм. Исследуемый кристалл кварца освещался излучением ртутной лампы интенсивностью I = 3,8-1(Г3Вт!см1 именно в этом диапазоне длин волн.

Если плоскость поляризации облучающего света составляет угол <р = 45° с осью «X», то в соответсвии с (15) и (16) ток Jy - максимален, а Jx * о. Поле, генерируемое компонентами Jx и Jy в режиме разомкнутых электродов вдоль осей «X» или «У» должно изменить двулучепреломление кристалла вследствие линейного электрооптического эффекта. Если <? = 0 то, Jy = 0 a Jx = aknI максимален. Исследуемый кристалл имел по осям X, У, Z, соответствующие размеры 5,3,7мм. Кристалл кварца освещался вдоль У-оси полоской линейно-поляризованного излучения ртутной лампы, Jy = 0, a Jx- максимален. Поле, создаваемое вдоль оси X компонентой Jx, должно изменить двулучепреломление кристалла кварца. Кристалл освещался в течение 4 часов. Зондирование искаженной области производилось He-Ne лазером (Л = 632,8Яи). В случае, когда плоскость поляризации зондирующего луча параллельно оси Z, в кристалле распространяется только необыкновенная волна, зондирование не дало изменений фазы, т.е. изменение Апе меньше точности методики измерения (1СГ5).

Если плоскость поляризации зондирующего луча параллельна оси X, в кристалле распространяется обыкновенная волна. Зондирование в этом случае показало, что фаза обыкновенной волны изменяется. Расчет изменения показателя преломления обыкновенной волны по голограмме кристалла дало значениеДпо =б,3-1(Г5(^=3-1(Г3л<,Х=632,8-10"9м).

Глава IV. В главе IV представлены результаты исследования влияния длительности освещения на интенсивность фотолюминесценции и светоиндуцированного рассеяния в монокристаллах ZnS. Определены энергии уровней ответственных за линейный АФ эффект и уровни

энергии, создаваемые в кубическом кристалле гпБ освещением. Изучено взаимодействие неравновесных нетермализованных носителей заряда с фотонами и фононами.

Нами исследовались нелегированные монокристаллы размерами (2,8-3-З,5)мм3 выращенные гидротермальным методом и принадлежащие к кубической модификации. Изучение спектра фотолюминесценции монокристаллов проводилось на спектрометре ДФС-24(§4.1). В качестве источника возбуждения использовался гелий-кадмиевый лазер (^.=441,4 нм). Монокристаллы освещались линейно-поляризованным излучением гелий- кадмиевого лазера в направлении [001], спектр регистрировался в направлении [100] кристалла. Изучение спектра фотолюминесценции проводилось при изменении длительности освещения кристалла от 18 минут до 217 минут при Т=293К. С увеличением длительности освещения кристалла, интенсивность фотолюминесценции растет (рис.9).

Рис.9.Спектр фотолюминесценции монокристалла 2пБ (Лт6 = 441,44 им) в зависимости от времени освещения (Ц = 18 мин.; 2. Х.1 - 72 мин.; 3.13 = 169 мин.; 4. г4 = 217мин.) при Т= 293 К.

Смещение коротковолнового края спектра фотолюминесценции в сторону более коротких длин волн указывает на то, что при освещении кристаллов возникают глубокие рекомбинационные уровни, природу возникновения которых предстоит исследовать.

Нами исследовалось рэлеевское рассеяние света в монокристаллах кубической модификации. Кристаллы Zи.S' освещались ливейно-

поляризованным излучением гелий - кадмиевого лазера (1=441,4 нм., 1=5-Ю'2Вт/см2) вдоль оси [001], а интенсивность рассеянного света измерялась вдоль оси [100] т.е. в направлении перпендикулярном оси Плоскость поляризации света, падающего на кристалл, составляла угол (р = 45° с осью X кристалла. При такой геометрии опыта направления распространения света и направлении фотогальванического тока параллельны в 2пБ, то есть квазиимпульс носителя заряда параллелен

импульсу фотона.

Исследование показало, что рассеянный свет состоит из стационарной части, обусловленной рэлеевским рассеянием, и переменной, светоиндуцированной. Интенсивность

светоиндуцированного рассеяния зависит от времени освещения кристалла и достигает насыщения за время порядка 60 минут. Значительный рост интенсивности светоиндуцированного рассеяния указывает на большую концентрацию возникших микродеформаций с размерами, сравнимыми с длиной волны облучения (Х=441,4 нм) кристалла 2пБ. Рассеянный свет деполяризован, направление преимущественной поляризации составляет угол ф=67 с кристаллографической осью 2 кристалла, а степень поляризации Р=38%.

Деполяризация рассеянного света указывает на то, что форма возникающих микродеформаций несимметрична.Исследуемые кристаллы небыли специально легированы, но спектральное распределение коэффициента поглощения указывает на наличие в запрещенной зоне примесных уровней. Поэтому можно предположить, что микродеформации при освещении кристаллов 2пБ образуются вследствие ионизации атомов основного вещества, неконтролируемых примесей и в результате изменения заряда вакансий цинка и серы. Из сравнения кинетики роста интенсивности спектра фотолюминесценции и кинетики светоиндуцированного рассеяния видно, что они коррелируют. Длительная кинетика роста этих эффектов обусловлена инерционностью процесса формирования микродеформаций в кристаллах.

Из спектра фотогальванического эффекта следует, что фотогальванический эффект в ZnS> носит примесный характер, поэтому представляло интерес определить уровни энергии примесей в запрещенной зоне, ответственных за фотогальванический эффект. Кристаллы гпв имеют прямую зонную структуру и переходы в этих кристаллах прямые, и поэтому коэффициент поглощения в этих кристаллах, выражается формулой:

а = А(р-ЕяУ1 (19)

Как видно из (19) а2 линейно зависит от энергии кванта света Ъа. Ширина запрещенной зоны гпБ определенная из графика зависимости а2 от М>,

равна £¿,=3.59 эВ (£/=3.54 эВ при Т=300 К). Кроме этого из этой зависимости следует, что в зоне проводимости существуют два уровня с энергией Е1=ЕУ+(ЕГ2.20 эВ;= £„+ 1.39 ± 0,05; эВ и уровень Е2=Еч+(Ег2.65 эВ)~ЕУ+ (0,94 ± 0,05) эВ. Если учесть, что ошибка порядка 0,05 эВ и то, что спектр поглощения снимался при Г=143 К, то уровень Е] обусловлен присутствием кислорода в кристалле Е0 = (Еу+1,42 эВ^, а уровень Е2 соответствует двукратно положительно заряженной вакансии серы в кристалле Е$ = £„+ 1,05 эВ. Уровень Е2„= £,+0,58 эВ, созданный однократно заряженной вакансией цинка, который проявляется в спектре фотолюминесценции, проявляется и в спектре поглощения. В спектре поглощения не проявляются уровни создаваемые двукратно отрицательно заряженной вакансией цинка и положительной вакансией серы с одним захваченным электроном.

Таким образом, спектр фотогальванического эффекта в кристаллах ZnS определяется уровнями, созданными в запрещенной зоне однократно заряженной вакансией цинка, двукратно положительно заряженной вакансией серы и кислородным включением в ZnS.

Анализ спектров фотолюминесценции, полученных при различной длительности освещения, позволяет определить энергии уровней создаваемых микродеформацими в запрещенной зоне кубического Задача эта усложняется тем, что спектр наблюдаемой фотолюминесценции лежит в области примесного поглощения кубического и поэтому происходит поглощение излучения в объеме кристалла. Надо отметить, что это поглощение не сильно искажает форму кривой, но, тем не менее, это поглощение надо учитывать. Анализ каждого спектра, полученного в последующее время засветки кристалла (рис. 9), таким образом, позволил определить энергии уровней, создаваемых микродеформациями в запрещенной зоне кубического ХпБ (§4.4). За время Ьл = 217мин. микродеформации создают около 10 дополнительных уровней в запрещенной зоне 1п5, максимальная энергия ионизации которых 2,74 эВ.

Таким образом, проведенные исследования показывают, что светоиндуцированное рассеяние в кубических кристаллах 2п8 обусловлено возникновением микродеформаций при освещении кристалла, вследствие изменения заряда вакансий цинка и серы, ионизации атомов основного вещества, атомов кислорода и возможно атомов неконтролируемых примесей. Рост же интенсивности фотолюминесценции при увеличении длительности освещения кубических кристаллов ХпБ, обусловлен ростом концентрации рекомбинационных уровней, создаваемых микродеформациями в запрещенной зоне кристалла.

В четвертой главе также проведено исследование взаимодействия нетермализованных неравновесных носителей заряда с фотонами и фононами. В отличие от большинства фотоэлектрических явлений фотогальванический ток создается небольшой концентрацией носителей заряда, то есть неравновесными нетермализованными электронами или дырками. Надо отметить, что ток этот может создаваться и одним типом носителей заряда. За дрейф неравновесных нетермализованных носителей заряда ответственны внутрикристаллические поля и поэтому их энергия должна быть значительно больше энергии равновесных носителей заряда. Оценка энергии этих носителей заряда представляет научный интерес, и поэтому нами была поставлена задача, оценить энергию неравновесных нетермализованных носителей заряда, изучая их взаимодействие с фотонами или фононами. Нетермализованные неравновесные носители заряда, ответственные за фотогальванический эффект в 2пБ имеют высокую холловскую подвижность и ее величина не зависит от температуры кристалла [2]. Фотогальванический ток наблюдается при освещении монокристалла 2пБ линейно-поляризованным светом, причем направление тока зависит от ориентации плоскости поляризации света относительно кристаллографических осей кристалла. При освещении вдоль оси 2 кристалла, фотогальванический ток вдоль оси 2 описывается выражением (5). Выражение (5) дает возможность, не меняя геометрию эксперимента, менять направление квазиимпульса носителя заряда. Обнаружение взаимодействия фотонов с неравновесными нетермализованными носителями позволило бы оценить энергию последних.

Исследуемый кристалл освещался линейно-поляризованным излучением Не-С<1 лазера (я = 441,4км, / = 5-КГ2Яет/ см1) вдоль оси 2, а интенсивность рэлеевского рассеяния измерялась в направлении оси X, т.е. перпендикулярно оси 2. На рис.(Юа) приведена кинетика рассеянного света, когда фотогальванический ток максимален О = 450) и его направление совпадает с направлением распространения света в кристалле 2пБ. Как видно из рисунка(10а), рассеянный свет состоит из статистической части, обусловленной несмещенным рэлеевским рассеянием и переменной светойндуцированной части, которая достигает насыщения за время порядка 60 минут. Когда угол <? между осью^ и плоскостью поляризации света, падающего на кристалл, равен 135 , то фотогальванический ток максимален, а его направление как следует из выражения (5) непараллельно направлению распространения света. Кинетика рассеянного света, когда <? =135° приведена на рис.106. Из графика видно, что несмещенное рэлеевское рассеяние выросло примерно в 6 раз, а светоиндуцированная часть рассеяния практически не меняется.

Подвижность нетермализованных неравновесных носителей заряда в 2пБ равна ц - 150см2/в• с [2], а их концентрация настолько мала, что не дает заметного вклада в фотопроводимость. При такой малой концентрации процесс рассеяния фотонов на свободных носителях заряда должен носить одночастичный характер. Таким образом, когда импульс фотона и квазиимпульс неравновесной нетермализованной дырки антипараллельны, мы наблюдаем упругое рассеяние фотонов на неравновесных нетермализованных дырках, перемещающихся с высокой скоростью [2].

Упругое одночастичное рассеяние света на неравновесных нетермализованных носителях заряда возможно в том случае, когда энергия последних Е„ > Еф, где Еф- энергия фотона.

а

1 ? т - г1<

/ * V

15 30 45 6 75 90

1, мин.

н х К

60 50 40 30 20 1(1

-И 1 . б

N ч, X г-4

15

30

45 60 ^мин

75

90

Рис.10. Кинетика рассеянного света в направлении [100] 2г& при различном угле ф между плоскостью поляризации света (X = 441,4 нм), падающего на кристалл в направлением [100]: а) <р = 45 б) <р = 135

В нашем случае энергия фотона Еф=4,5-10 ~'9Дж. Если предположить, что энергия Е„= Еф =4,5-1СГ19Дж, то в температурном интервале от 100К до 600К, температурным вкладом в энергию неравновесных нетермализованных носителей заряда можно пренебречь, так как при дТ=500К, кь.Т=6,810'21 Дж и значительно меньше Еи. Надо отметить, что рассматриваемый интервал температур значительно больше температурного интервала, в котором исследовалась температурная зависимость фотогальванического тока в 2п5.

Значение энергии неравновесных нетермализованных дырок, полученное, используя величину напряжения компенсации фотогальванического тока в кристаллах равно Е„ =1.16-10"19К-4 В = 4.64 10' Дж и совпадает со значением, полученным из рассеяния фотонов на неравновесных нетермализованных дырках. Полученные результаты позволяют предположить, что энергия нетермализованных неравновесных носителей заряда, ответственных за фотогальванический эффект в кубическом не зависит от температуры кристалла в достаточно

широком температурном интервале.

Наиболее удобным объектом для исследования взаимодействия носителей заряда с фононами являются полярные диэлектрики, так как в первых концентрация равновесных носителей заряда в них практически равна нулю, а во вторых внутрикристаллические поля, ответственные за дрейф неравновесных нетермализованных носителей заряда большие, следовательно, энергия этих носителей заряда должна быть достаточно большой. В качестве такого объекта был выбран кристалл ниобата лития с примесью железа. При освещении однородным естественным светом в направлении [001] кристалла П№>03: Бе течет фотогальванический ток, противоположный направлению спонтанной поляризации кристалла^. Вклад неравновесных электронов и дырок в фотогальванический эффект зависит от длины волны света. Максимум плотности фотогальванического тока наблюдается при Х=420 нм[1]. Исследуемый кристалл освещался естественным светом (§4.6), и мы предполагаем, что основной вклад в фотогальванический ток дают неравновесные нетермализованные электроны. Токами, возникающими из-за наличия градиента температуры кристалла, можно пренебречь так как концентрация равновесных электронов в таком высокоомном кристалле как 1ЖЬ03 (Т=400 К, р=5- 10 8 Ом / см) практически равна нулю.

Перенос тепловой энергии в твердом теле осуществляется свободными носителями заряда и фононами. Если обозначить через эге -теплопроводность, обусловленную движением равновесных электронов или дырок, а через эгь - теплопроводность, обусловленную колебанием кристаллической решетки твердого тела, то полный коэффициент теплопроводно аз твердого тела равен:

ае = аг1,+ аге (20)

Еще одним преимуществом выбора в качестве объекта исследования кристалла ЫЫЬ03 : Ре является то, что это диэлектрик а в диэлектриках азь » аге и поэтому в этих кристаллах преобладает фононный механизм теплопроводности. Коэффициент теплопроводности аг исследуемых кристаллов измерялся вдоль кристаллографической оси кристалла [001] калориметрическим методом. Температура нагревателя термостатировалась с помощью блока электроники с разрешением 0,1 К и изменялась в пределах (0-ь493)К. Секундомер, предназначенный для измерения интервалов времени, имеет разрешение 0,01с.

Исследуемый кристалл 1л№)Оз:Ре, устанавливался на плите и прижимался к ней калориметром с помощью стержня и двух пружин.

Расчет коэффициента теплопроводности проводился по формуле:

ае =С_ЛУЛ_А> (21)

где С - теплоемкость калориметра (С=125 Дж/К), с1Т/& — скорость изменения температуры калориметра, И - толщина кристалла в направлении оси [001], 5 - площадь соприкосновения кристалла с калориметром, Г; - температура печи, Т2 - температура калориметра. Если измерить коэффициент теплопроводности аз освещаемого кристалла 1ЛМЬОз: Бе в направлении [001] при градиенте температуры %гас1 ГЦ р н ас! ГЦ р , то его величина может оказаться разной, так как импульс неравновесных нетермализованных электронов, ответственных за фотогальванический эффект, всегда направлен вдоль спонтанной поляризации Д и при %гас1 Т Т\ импульс фононов параллелен импульсу электрона, а при £гас1 р импульс фонона антипараллелен импульсу электрона.

Нами измерены значения коэффициента теплопроводности аг кристаллов 1ЛМЬ03 чистых и легированных железом (0,03 масс.%) в интервале температур от 298 К до 373 К при £гас1 Т Ц р и ¿гас/ Щ р при освещении кристаллов естественным светом с интенсивностью /=2.3-10"3 Вт/см2. В нелегированных кристаллах численное значение аг не зависит от взаимной ориентации Т яр . С ростом концентрации Ре в 1л>1ЬС)з ге растет за счет примесного вклада в теплопроводность и его значение при освещении зависит от взаимной ориентации £гай Т и р . Исследуемые образцы имели концентрацию Бе - 0,03 масс.% и Ре - 0,06 масс.%. Наибольший вклад в теплопроводность дает концентрация Ре — 0,06 масс.%. Графики температурной зависимости коэффициента теплопроводности ае полученные для ЫМЬ03: Ре (0,03 масс.%) для рассматриваемых двух случаев приведены на рис.11. Как видно из

графиков величина коэффициента теплопроводности эг при ^гай Щ Д то есть когда импульс фонона и электрона антипараллельны (рис.11, график №2) меньше, чем в случае когда их импульсы параллельны (рис.11, график №1). Разница величин эг в этих двух случаях растет с ростом температуры кристалла то есть с уменьшением потока фононов от горячего конца кристалла к холодному и начиная с 323 К эта разница не меняется (рис.11). Наблюдаемое в эксперименте изменение разницы величин аг с ростом температуры кристалла, скорее всего, связана с тем, что концентрация неравновесных нетермализованных электронов мала и поэтому их влияние проявляется только при уменьшении потока фононов.

х, Дяс/м с

Рис.11. Зависимость коэффициента теплопроводности аг от температуры кристалла ЫМЮз: Ре для двух случаев: ■ - импульсы фононов и электронов параллельны, • - импульсы фононов и электронов антипараллельны.

Для выяснения природы влияния неравновесных нетермализованных электронов на величину коэффициента теплопроводности кристалла ШЬ03: Бе, прежде всего надо оценить их энергию. Рассчитаем число электронов проходящих через единицу площади перпендикулярной спонтанной поляризации кристалла Д, за единицу времени.

Исходя из определения плотности электрического тока, для числа неравновесных нетермализованных электронов ^проходящих через единицу площади 5, перпендикулярной спонтанной поляризации кристалла р, за единицу времени г можно записать:

М = (22)

где ] - плотность фотогальванического тока при данной интенсивности освящения кристалла, е - заряд электрона. В нашем случае интенсивность

света освещающего исследуемый кристалл равна /=2,4 Вт/см2, а для этой интенсивности плотность фотогальванического тока в исследуемых кристаллах равна j= 16,1-Ю"9 А/см2. Тогда для числа электронов N получаем:

Для оценки энергии электронов необходимо определить энергию переносимую N неравновесными нетермализованными электронами. Исходя из определения коэффициента теплопроводности аг, можно найти количество теплоты, которое переносится за единицу времени через единицу поперечного сечения в направлении [001] и оно равно:

Q/S-t = ае ДТ/h, (24)

где AT — разность температур на гранях кристалла, h - толщина кристалла в направлении в котором измеряется коэффициент теплопроводности.

Суммарный коэффициент теплопроводности кристалла, когда импульсы электрона и фонона параллельны, равен сумме решеточного и электронного вклада в теплопроводность:

3-1" 3eL+ аг„ег (25)

В случае, когда импульсы электрона и фонона антипараллельны:

®2=агь-агнст (26)

Используя формулы (25) и (26) можно найти вклад неравновесных нетермализованных электронов в теплопроводность:

аз 1— эе2= 2зз нст, или аз „„ = (ае,- эе2)/*2. (27)

Разница величин коэффициентов теплопроводности в этих двух случаях, как видно из рис. 4 становится максимальной при 323 К и она равна Даг= ае,- эг2=1,6- 10 "2 Вт/см-К, тогда азне1= 0,8 • 10 "2 Вт/см-К при Т—323 К и АТ~Ы К. Зная Дге можно рассчитать количество энергии переносимое неравновесными нетермализованными электронами за единицу времени через единицу поперечного сечения кристалла:

Q/S-t = ДТ/h = 0,8-Ю'2 -57/ 5-Ю"1 = 91,2-Ю"2 Д>к / с-см2 (28) Полученное значение энергии позволяет найти энергию одного неравновесного нетермализованного электрона, и она равна:

Если оценить тепловой вклад в энергию неравновесных нетермализованных электронов в интервале температур (273-4273) К (температура плавления кристалла Ггга= 1387 К), он равен ¿17=1000 К, Ы7М.38 -Ю'20 Дж. Расчет

теплового вклада в энергию неравновесных нетермализованных электронов в интервале температур (273-4273) К, который значительно больше интервала температур (273-К373) К, в

котором мы провели исследования показывает, что тепловой вклад в энергию неравновесных нетермализованных электронов значительно меньше их энергии

ЫГ=1.38 -10"20 Дж« £„ = 2.43• Ю-12Дж (30)

Таким образом, тепловым вкладом в энергию неравновесных нетермализованных электронов в исследуемом интервале температур можно пренебречь, так как их энергия не зависит от температуры кристалла.

Исходя из выше изложенного, можно сделать следующий вывод: наблюдаемая разница в величине коэффициента теплопроводности х, когда импульс фонона и электрона параллельны и в случае, когда их импульсы антипараплельны, не связана с тепловым вкладом неравновесных нетермализованных электронов в теплопроводность, а обусловлена эффектом увлечения фононов электронами, когда их импульсы антипараплельны.

Глава V. В главе V рассмотрено влияние различных механизмов рассеяния на величину подвижности неравновесных нетермализованных носителей заряда в кристаллах без центра симметрии с кубической структурой.

При рассеянии на акустических колебаниях равновесных электронов с энергией Е » Й <мч, где Й соч-максимальная энергия акустических фононов, с учетом констант и величин, характеризующих кристалл, выражение для подвижности равновесных электронов можно записать в следующем виде:

(31)

где А - постоянная зависящая от характеристик кристалла и эффективной массы носителей заряда, С„ - модуль упругости кристалла, С - постоянная имеющая размерность энергии и характеризующая интенсивность взаимодействия электронов с акустическими колебаниями решетки.

При изучении рассеяния на акустических колебаниях неравновесных нетермализованных носителей заряда (§5.1), ответственных за фотогальванический эффект в средах без центра симметрии нужно учесть, что их энергия значительно больше энергии равновесных носителей заряда кТ при данной температуре, поэтому их называют нетермализованными. Энергия неравновесных нетермализованных носителей Ен Ф А^Т) и Е„ » кТ при низких и при высоких температурах, тогда Ен заведомо больше энергии Ь со, продольных акустических колебаний и их столкновение с фононами будет упругим. Если учесть, что в кристаллах тензор эффективной массы определяется симметрией структуры кристалла и величиной кристаллического поля, то можно

предположить, что в данном кристалле без центра симметрии эффективная масса равновесных и неравновесных нетермализованных носителей заряда одинаковы. Из этого следует, что подвижность неравновесных нетермализованных носителей заряда в кубических кристаллах можно рассчитать по формуле (31) заменив в ней энергию равновесных электронов Е на ЕНз С на Сн. С учетом констант, характеризующих кристалл и учитывая, что Е„ =сопб^ выражение для расчета подвижности неравновесных нетермализованных носителей заряда в кубических кристаллах примет вид:

(32)

4«

где В - постоянная величина зависящая от характеристик кристалла, эффективной массы и энергии неравновесных нетермализованных носителей заряда Е„,, С1 / -модуль упругости кристалла, С„ - константа характеризующая интенсивность взаимодействия неравновесных нетермализованных носителей заряда с фононами.

Задача рассеяния равновесных носителей заряда на продольных оптических колебаниях в кубических кристаллах имеет простое решение в двух случаях, это когда температура кристалла Т«в0 (в0 - температура Дебая) или тепловая энергия электронов, кТ « т.е. при низких

температурах и при высоких температурах, когда Т >>00 или кТ »{Ьа^)^ т.е. когда максимальная энергия продольных оптических фононов значительно меньше тепловой энергии равновесных электронов. В случае, когда тепловая энергия равновесных электронов кТ» , с

учетом констант и величин, характеризующих кристалл, подставляя вместо Е тепловую энергию кТ, для подвижности равновесных электронов в кристаллах с кубической структурой получим выражение(§7.2):

(м.)о = о.т-%. (33)

где Б - есть постоянная величина, зависящая от констант и характеристик кристалла.

Считаем, что эффективная масса равновесных и неравновесных электронов одинакова и учитываем, что энергия неравновесных нетермализованных электронов Е„ » (ЬюоОтах- Подвижность неравновесных нетермализованных носителей заряда при рассеянии на продольных оптических колебаниях кубической решетки без центра симметрии, тогда можно рассчитать по формуле для равновесных электронов, подставив вместо энергии равновесных носителей заряда Е энергию Ев.-

где Б — есть постоянная величина, численное значение которой зависит от констант, характеристик кристалла, эффективной массы носителей заряда, энергии неравновесных нетермализованных носителей заряда Ен и энергии продольных оптических колебаний (Ью00- Из графиков, построенных по формулам (31) и (32), (33) и (34) для кубического кристалла п-типа, видно, что температурная зависимость

подвижностей равновесных и неравновесных нетермализованных электронов при рассеянии на продольных акустических и оптических колебаниях разная в кристаллах с кубической решеткой.

При рассеянии равновесных электронов на ионах примеси в кристаллах с кубической решеткой, величина подвижности электронов зависит только от энергии электронов, при неизменной концентрации ионов ЭД. Подвижность неравновесных нетермализованных носителей заряда от температуры не зависит, так как их энергия не зависит от температуры(§4.5).

В реальных кристаллах строгая периодичность кристаллической поля решетки нарушена в результате наличия в кристаллической решетке различных дефектов. Поэтому механизм рассеяния носителей заряда в кристаллах носит сложный характер. Если считать, все механизмы рассеяния независимы то, полная вероятность рассеяния равна сумме вероятностей рассеяния носителей заряда на каждом из рассеивающих центров.

Выражение для полного времени рассеяния (тпф) неравновесных нетермализованных носителей заряда, в случае сложного механизма рассеяния имеет вид:

{т»ф}=1 Г* / ^ '/ ч-5 Г г* / г5"' ^^

где {г,ф)Аи {т-ф)о ' средние времена релаксации при рассеянии

соответственно на акустических и оптических колебаниях, а(г„Д, (г^и

{г«ф)д ~ это средние времена релаксации соответственно при рассеянии на

ионах примеси, на нейтральных атомах примеси и микродеформациях. Средние времена релаксации (г„Д, (г^)^и (т,Ф)м не зависят от

температуры и зависят только от концентрации рассеивающих центров, поэтому можно рассматривать их суммарный вклад в полное среднее

время релаксации неравновесных нетермализованных носителей заряда. С учетом этого выражение (35)примет вид:

, , (зб)

Цгир = см2/В-с

Рис. № 12. Температурная зависимость подвижности неравновесных нетермализованных электронов в зависимости от суммарного вклада (г„Д, ионов,

нейтральных примесей и микродеформаций в время их релаксации для кубического

7п8 п-типа:

1 - (г^)с=3,2-10"|2с; 2 - (т»ф)с =8,3-10"14с; 3 - =3,3-10"»с; 4 - (г,^ =2,6-10"»с; 5-{г^)с=1,6-10-14с; 6- {г„#)с = М0-»С; 7- (тпф)с =0,5-10-»С;8 - =0,25-10^С;

9-(г„4=0Д8.10"»с;

Вычислив значение (тиф) при различных температурах и различных

концентрациях ионов примеси, нейтральных атомов примеси и микродеформациях, подвижность неравновесных нетермализованных носителей можно рассчитать по формуле:

м„ф = Аг(^ф), (37)

где т; - это эффективная масса неравновесных нетермализованных электронов.

Анализ графиков, построенных для кубического кристалла /.лБ п-типа, показывает, что в зависимости от вклада в полное время релаксации (тнф)с, характер температурной зависимости подвижности неравновесных

нетермализованных электронов меняется от нелинейного (Рис. 12,графики № 1, 2, 3, 4.) до линейного (Рис.12, графики № 5, 6, 7.). А при значениях (т„ф/с больших некоторой величины приблизительно равной ^-„^=0,5-10"14с,

подвижность неравновесных нетермализованных электронов не зависит от

температуры (графики № 8, 9.), что и наблюдалось Фридкиным В.М. с соавторами для неравновесных нетермализованных дырок [2].

Глава VI. В главе VI изложены результаты исследования влияния магнитных полей на физические свойства сегнетоэлектриков вблизи сегнетоэлектрического фазового перехода. В частности рассмотрено влияние магнитного поля на тепловую деформацию кристаллов ВаТЮ3. Исследование влияния магнитного поля на относительную тепловую деформацию в направлении [100] кристаллов ВаТЮ3 проводилось в температурном интервале от 370 до 400К. Терморегулятор обеспечивал линейный нагрев кристалла с контролируемой скоростью нагрева. Линейная скорость нагрева исследуемых кристаллов в области фазового перехода была 0,5 град/мин

150

100

50

11 р 1Г*"1

" ?

378 383 388 393 398 403 Т. К

Рис.13. Изменение относительной линейной деформации кристаллов Ва'ПОз в направлении [100] с ростом температуры: 1-магнитное поле отсутствует; 2-при наличии постоянного магнитного поля (Н = 9 Кэ.)

-4— 1

■ —

1

378 383 383 393 398 403 Т,К

Рис.14. Изменение относительной линейной деформации кристаллов ВаТЮз в направлении [100] с понижением температуры: 1-магнитное поле отсутствует; 2-при наличии постоянного магнитного поля (Н = 9 Кэ.)

Как видно из рисунка 13 при нагреве кристалла из сегнетофазы в магнитном поле относительное тепловое расширение меньше на величину (А£/¿)-(М1 е)н = 5-10"5 по сравнению с тепловым расширением при отсутствии магнитного поля, также меняется характер спонтанной деформации. Влияние стационарного магнитного поля на относительное тепловое расширение растет с приближением к фазовому переходу из сегнетофазы и максимально вблизи фазового перехода, а в парафазе меньше и уменьшается с ростом температуры. При охлаждении кристалла ВаТЮ3 из парафазы тепловое сжатие в магнитном (рис.14, график № 2) больше чем при отсутствии магнитного поля (рис. 14, график № 1), в парафазе (д/7 /)« - (д £ / =(10 -15) • 10"5, а в сегнетофазе СЛШ)Я -(ЛШ) = ](Ы(Г5. Разница относительной деформации, вызываемой магнитным полем при нагреве и охлаждении обусловлена тем, что при нагреве кристалла тепловое расширение и деформация сжатия, вызванная магнитным полем, имеют разные знаки, а при охлаждении тепловое сжатие и деформация сжатия в магнитном поле имеют одинаковые знаки.

Таким образом, в магнитном поле происходит деформация сжатия кристалла ВаТЮз и она наиболее четко проявляется в близи сегнетоэлектрического фазового перехода так как кристалл в этой области сильно подвержен внешнему воздействию. Оценка абсолютного значения изменения линейных размеров кристалла вдоль оси X в магнитном поле дает величину М « 1,2-10"6 м.

Если учесть, что относительное изменение линейных размеров связано с внешним напряжением приложенным к кристаллу соотношением А(/ е = 3ц-сг1, где вп —это коэффициент упругой деформации кристаллов в кубической модификации равный 833-10"14 м2/н, то взаимодействие атомов ВаТЮ3, намагниченных магнитным полем напряженностью 9 Кэ, должно создавать при Т > 120° С напряжение равное 18-106 н/м2. Надо также отметить, что при охлаждении кристалла ВаТЮз из парафазы в магнитном поле, кристалл запоминает внешнее воздействие, это отмечено Флеровой С.А. с соавторами.

Если в магнитном поле вблизи фазового перехода сегнетоэлектриков наблюдается магнитострикция, то из феноменологической теории следует, что магнитное поле должно влиять на удельную теплоемкость сегнетоэлектриков при фазовых переходах первого и второго рода (§6.2).

В главе VI представлены результаты исследования электрических и фотоэлектрических свойств а и р - модификаций 5'6307/. В а и р -модификациях 6'6507/ нами обнаружена значительная фотопроводимость. Так, например, в сегнетоэластике (а - модификация) отношение

фототока к темновому при комнатной температуре может достигать ~ 103.

таким образом, а - модификация 56507/ является первым известным фоточувствительным сегнетоэластиком.

Электропроводность и фотопроводимость а - и -модификаций исследовались в направлении а в широком температурном интервале. Температурная зависимость темновой ат и фотопроводимости <гф для кристалла а-модификации изучалась в собственной полосе поглощения. Обе температурные зависимости обнаруживают аномалию вблизи температуры фазового перехода т„ =+208° С и вблизи фазового перехода они приблизительно одного порядка. В отличие от а -модификации, в р-модификации ЗЬр71 (г0=155°с) отношение оф1сгт~\0 вблизи фазового перехода. Максимум спектрального распределения фотопроводимости для а и р -модификаций при комнатной температуре (рис.15), в обоих случаях близок к краю собственного оптического поглощения, соответствующего прямым переходам (£, ~3,3эв).

Рис.15. Спектральное распределение фотопроводимости в р - (1) и а - модификации (2).

Изоморфное замещение на А.ч вызывает понижение температуры Кюри. Значения Т0 для кристаллов с избытком Аб: равно 438 К для а-модификации, 393 К для ^-модификации. Это видно из температурной зависимости темновой <тт и фотопроводимости аф для а-ЗЬ^О^Ыз) (§6.3). Температурная зависимость ширины запрещенной зоны = -Е,(Т) для обеих модификаций определялась из измерений края собственного поглощения. Для обеих модификаций при фазовом переходе наблюдается

скачок д{сШ^аг), а скачок дЕч отсутствует (с точностью до Д£? <ю~!эв). Это, как известно, характерно для фазовых переходов второго рода.

Для а -модификаций (г/£,/сГГ^ = 1,46 • 1(Г3эЯ • {град)'1 (индексы / и р

обозначает, соответственно, сегнето-параэластическую фазы). Для р-модификации: {¿Еч1(3т)1 = 1,и-Ю-*эВ-(град)-1(с1Еч1с!т)р =1,38-10 '*эВ-(граду1 и д(йЕ? / йГг) = 2,4 • 10"4 э В • (град)'1.

Все измерения оптического поглощения проводились для монодоменных кристаллов в поляризованном свете.

Для кристаллов а -модификации был обнаружен и исследован фоторефрактивный эффект (§6.4).Как и в случае сегнетоэлектриков, этот эффект заключается в влиянии освещения и, соответственно, неравновесных электронов на двулучепреломление Дл. Монодоменный кристалл освещался с помощью ксеноновой лампы через монохроматор в области максимума фотопроводимости и одновременно методом компенсации проводилось измерение = на длине волны 1=633 нм. Оказалось, что знак фотрефрактивного эффекта в аг- 5'6507/ совпадает со знаком изменения дп при нагревании кристалла.

Поэтому разделение истинного фоторефрактивного и «пироэффекта» проводилось путем исследования спектрального распределения и кинетики эффекта. В случае истинного фоторефракгивного эффекта после выключения возбужденного света наблюдается остаточный фоторефрактивный эффект (лл«2-ю~6) медленно спадающий со временем. В случае «пироэффекта» остаточный эффект отсутствует. Величина остаточного эффекта пропорциональна интенсивности света. Кинетика спада остаточного фоторефрактивного эффекта ускоряется с ростом температуры. Изменение дп производилось с точностью до 2-10"7.

Максимум спектрального распределение фоторефрактивного эффекта при Т = 98°К, совпадает с максимумом фотопроводности кристалла при той же температуре. Температурная зависимость фоторефракгивного эффекта при включении света в собственной (Л = 370 км) и длинноволновой (Я = 500 нм) области, где заметная фотопроводимость отсутствует, различна. Проведенные исследования позволяют предположить, что вклад нагрева в фоторефрактивный эффект при возбуждении кристалла собственным светом мал.

Для кристаллов а-56,0,/ были измерены температурные зависимости спонтанного двулучепреломления Дл=- пс и спонтанной деформации т] = ^(г) в направлении а. Спонтанное двулучепреломление измерялось для монодоменных кристаллов методом компенсации на

длине волн Л = 633 нм. Температурная зависимость спонтанной деформации измерена Н.Корчагиной и Е.Д. Рогачем (кафедра физики полупроводников РГУ) для монодоменных кристаллов с помощью дилатометра по ранее опубликованной методике.

Обе температурные зависимости обнаруживают поведение, характерное для фазового перехода второго рода в широком интервале температур, включающем температуру фазового перехода Т = 481 К. При этом температурные зависимости двулучепреломления Дл=Дя(г) и спонтанной деформации = ц(т) удовлетворяют соответственно соотношениям

Дл = о,з • 1(г2 (г0 - г)1'2 (38)

77 = 0,4 -10"' (Г0 - Г)"2 (39)

Таким образом, в сегнетоэластической фазе а~5Ь!011 спонтанная деформация является параметром, определяющим двулучепреломление т.е. Ди=Ап(т;). Следовательно, естественно связать фоторефрактивный эффект с фотодеформацией, т.е. с влиянием неравновесных носителей на спонтанную деформацию (§9.3). Характер температурной зависимости фоторефрактивного эффекта при возбуждении кристалла собственным светом определяется температурной зависимостью спонтанной деформации т].

Внешнее механическое напряжение влияет на величину двулучепреломления, ширину запрещенной зоны и температуру сегнетоэластического фазового перехода в кристаллаха-5б5<97/ (§ 6.5). Экспериментальные исследования влияния механического напряжения на температуру сегнетоэластического фазового перехода были проведены на кристаллах 8Ь5071, а-модификации, имеющих температуру фазового перехода 481 К. Внешнее механическое напряжение изменялось в интервале (0-И07)н/м2. При механических напряжениях о- = 9,6-106н/м2 величина сдвига точки фазового перехода АТ = 4К. Таким образом под действием внешнего механического напряжения температура сегнетоэластического фазового перехода сдвигается вверх по шкале температур и величина этого сдвига АТ~сг . Исследования, проведенные на кристаллах а - Б^СЫ, показали, что для этих кристаллов

да

При наличии внешнего механического напряжения, приложенного в направлении спонтанной деформации сегнетоэластика, должно происходить изменение ширины запрещенной зоны сегнетоэластика. Из феноменологической теории сегнетоэластиков следует, что внешнее механическое напряжение увеличивает ширину запрещенной зоны сегнетоэластика, что и наблюдалось в эксперименте.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ.

1. Впервые исследован АФ эффект в поляризованном свете, как в примесной, так и в собственной области поглощения, и определены компоненты фотовольтаического тензора к^ для большого числа сегнетоэлектриков и пъезоэлектриков. Проведенные исследования показывают, что исходя из симметрии кристалла, можно предсказать, в каком направлении и при какой геометрии опыта фотогальванический ток отличен от нуля, и определить зависимость фотогальванического тока от ориентации плоскости поляризации света в кристалле.

2. Впервые определены все компоненты фотовольтаического тензора кцп для сегнетоэлектрика иЫЬОЗ^е. Впервые обнаружены и исследованы поперечные компоненты фотогальванического тока 1х и 1У в сегнетоэлектрике 1л№>03:Ре. Проведенные исследования АФ эффекта в сегнетоэлектриках показывает, что особенности АФ эффекта в сегнетоэлектриках определяются симметрией фотовольтаического тензора к11п. Одной из таких особенностей является наличие составляющей фотогальванического тока в направлении спонтанной поляризации, не зависящей от направления поляризации света, т.е. возможность наблюдения АФ эффекта в неполяризованном свете.

3. Исследование АФ эффекта в сегнетоэлектриках с величиной спонтанной поляризации на два и три порядка меньшей спонтанной поляризации ранее исследованных сегнетоэлектриков показало, что асимметрия электронных процессов в сегнетоэлектриках определяется кристаллическим полем, действующим на атомы основного вещества или примеси, а не величиной спонтанной поляризации сегнетоэлектрика.

4. Впервые обнаружен продольный (в Ъ - направлении) фоторефрактивный эффект в сегнетоэлектрике 1л>Л>03:Ре, обусловленный фотогальваническим током текущим вдоль кристаллографической оси X или У кристалла, при соответствующей геометрии освещения кристалла линейно-поляризованным светом. Показана возможность записи голограммы в в Z - срезе кристалла. Впервые изучено влияние поляризации света на продольный фоторефрактивный эффект в сегнетоэлектрике 1л№Юз: Бе и показано, что под действием поля создаваемого X или У компонентой фотогальванического тока, кристалл 1л>ИЮз: Бе из одноосного превращается в двуосный.

5. Обнаружен эффект фоторефракции в сегнетоэлектрике 1У^пВг4, сегнетоэластике - сегнетоэлектрике Р-8Ь5071, кубическом пъезоэлектрике

и в природных кристаллах кварца. Проведенные исследования

показали, что эффект фоторефракции в этих кристаллах обусловлен полями, создаваемыми АФ эффектом.

6. Обнаружено светоиндуцированное рассеяние света в кубических кристаллах гпБ, обусловленное возникновением микродеформаций в исследуемом кристалле вследствие ионизации атомов основного вещества или атомов примеси при освещении кристалла.

Обнаружено и исследовано влияние длительности освещения на интенсивность фотолюминесценции в кубическом пьезоэлектрике 2пБ и смещение спектра в коротковолновую часть. Этот эффект связывается с созданием микродеформациями в запрещенной зоне кристалла дополнительных центров рекомбинации фотовозбужденных носителей заряда.

7. Впервые обнаружено и изучено рассеяние фотонов на неравновесных нетермализованных носителях заряда, и исследован эффект увлечения фононов неравновесными нетермализованными носителями заряда. Впервые показано, что энергия неравновесных нетермализованных носителей заряда, ответственных за АФ эффект, не зависит от температуры кристалла вдали от фазового перехода из не центросимметричной фазы в центросимметричную.

8. Впервые показано, что температурная зависимость подвижности равновесных и неравновесных нетермализованных носителей заряда при рассеянии на акустических, оптических фононах и ионах примеси различна.

Показано, что характер температурной зависимости подвижности неравновесных нетермализованных носителей заряда в кубических кристаллах без центра симметрии в зависимости от концентрации ионов, нейтральных атомов примеси и микродеформаций, меняется от нелинейного до линейного, а при концентрации их превышающей некоторую величину подвижность не зависит от температуры.

9. Впервые обнаружен и исследован эффект магнитострикции в сегнетоэлектриках. Взаимодействие ориентированных по магнитному полю дипольных моментов атомов приводит к деформации сжатия кристалла. На наш взгляд, наибольший вклад в этот эффект дают атомы П, так как титан это парамагнетик.

10. Впервые обнаружены и исследованы фотоэлектрические свойства а и р - модификаций 5Ь5071, в том числе и фоторефрактивный эффект в сегнетоэластике а-8Ь5071. Из феноменологической теории сегнетоэластиков следует, что освещение кристалла в собственной области поглощения приводит к изменению спонтанной деформации.

Двулучепреломление собственного сегнетоэластика определяется спонтанной деформацией, как параметром, т.е. &n=An(tj), поэтому, естественно связать фоторефрактивный эффект с фотодеформацией, т.е. с влиянием неравновесных носителей заряда на спонтанную деформацию. Показано, что одноосные механические напряжения влияют на температуру фазового перехода, коэффициент упругости и ширину запрещенной зоны сегнетоэластиков.

СПИСОК ОСНОВНЫХ ПУБЛИКАЦИЙ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ.

Статьи, опубликованные в журналах из списка ВАК:

1. Fridkin V.M., Nitche R., Korchagina К., Kosonogov N.A., Magomadov R.M., Rodin A.I. and Verkhovskaya K.A. Photoferroelastik phenomena in Sbs07I Crystals.// «Phys. Stat.Sol(a)». -1979. - V.54. - P. 231 - 237.

2. Фридкин B.M., Магомадов P.M. Аномальный фотовольтаический эффект в LiNb03 :Fe в поляризованном свете. // Письма в ЖЭТФ. - 1979. - Т. 30. -Вып. П.- С.723- 726.

3. Nakamura Т., Fridkin V., Magomadov R., Takachige N. and Verkhovskaya K. Photovoltaic and Photorefractive Phenomena in Ferroelectric Rb2ZnBr4. //J.of the Phys. Society of Japan. - 1980. - V.48. - N.5. - P.1588 - 1592.

4. Барсукова M. JL, .Каримов Б.Х., Кузнецов B.A., Магомадов P.M., Фридкин B.M. Фотовольтаический эффект в пъезоэлектрике В^ТЮго-// Физика твердого тела. - 1980. - Т. 22. - Вып.9. - С. 2870 - 2871.

5. Фридкин В.М., Каримов Б.Х., Кузнецов В.А., Лобачев А.Н., Магомадов P.M., Штернберг А.А. Фотовольтаический эффект в кубических кристаллах ZnS.// Физика твердого тела. - 1980. - Т. 22. - Вып.9. - С. 2820 - 2822.

6. Fridkin V.M., Korchagina N.A., Kosonogov N.A., Magomadov R.M., Rodin A.I., Rogach EJD. and K.A.Verkhovskaya. The Photorefractive effect in Ferroelactic Sb507I Crystals. H Ferroelectrics. -1981. - V. 31. -P.15 -17.

7. Фридкин B.M., Магомадов P.M. Температурная зависимость и кинетика фотовольтаического тока в кубических кристаллах ZnS. //Физика твердого тела. - 1984. - Т. 26. - Вып.11. - С. 3449 - 3450.

8. Магомадов P.M., Искажение оптической индикатрисы кристалла LiNb03: Fe в поляризованном свете. // Оптика и спектроскопия. - 1986. - Т. 61. -Вып. 4.-С.791 -795.

9. Магомадов P.M. Рассеяние неравновесных нетермализованных носителей заряда на акустических колебаниях в кристаллах без центра симметрии.// Известия Высших учебных заведений. Северо-Кавказский регион. Естественные науки. - 2007. - Т. 3. - С.38 - 41.

10.Магомадов P.M., Ахматов Х.С-Х. Влияние механических напряжений на температуру фазового перехода сегнетоэластиков. // Известия Российской Академии Наук. Серия физическая. - 2007. - Т.71. -№ 10. - С.1401 - 1402.

11.Магомадов P.M. Влияние длительности освещения на интенсивность фотолюминесценции в ZnS. // Известия Высших учебных заведений. СевероКавказский регион. Естественные науки. - 2007 г. - Т. 4. — С.40 - 43.

12.Магомадов P.M., Евлоев A.B., Куркиев Г.Р. Анизотропия коэффициента теплопроводности в кристаллах LiNb03:Fe. // Известия Высших учебных заведений. Северо-Кавказский регион. Естественные науки. - 2007. - Т. 5. -С.26-29.

13.Магомедов P.M., Матиев А.Х., Ахматов Х.С-Х. Влияние механических напряжений на физические свойства сегнетоэластиков. // Известия Высших учебных заведений. Северо-Кавказский регион. Естественные науки. - 2007. -Т. 6.-С.38-41.

14.Магомадов P.M., Дельмиханов P.P., Цебаев С.Н. Температурная зависимость подвижности нетермализованных неравновесных носителей заряда в кубическом ZnS вдали от фазового перехода. // Известия Российской Академии Наук. Серия физическая. - 2012. - Т.76. - № 3. С.362 - 363.

15. Магомедов P.M., Дельмиханов P.P., Цебаев С.Н. Температурная зависимость подвижности нетермализованных неравновесных дырок в кристаллах ZnS. // Известия Российской Академии Наук. Серия физическая. — 2013. -Т.77. - №3. С.281-283.

Статьи, опубликованные в остальных изданиях:

16.фридкин В.М., Нитше Р., Корчагина H.A., Магомадов P.M., Рогач Е.Д., Родин А.И., Верховская К.А. Фоторефрактивный эффект в ферроэластике а-Sb507I. // Сб. «IX Всесоюзное совещание по сегнетоэлектричеству» Тезисы докладов, ч..П, Ростов-на-Дону. - 1979.- С.158.

17.Nakamura Т., Fridkin V., Magomadov R., Takachige N„ Verkhovskaya K. Photovoltaic and Photorefractive Phenomena in Ferroelectric Rb2ZnBr4.// Technical report of ISSP. Tokyo. - 1980. - Ser. A. - N1030.

18.Магомадов P.M., Бакрадзе А.И. Исследование фотодеформации в LiNb03: Fe при облучении поляризованным светом. // Сб. «Тезисы докладов конференции профессорского-преподавательского состава ЧИТУ им. JIЛ.Толстого по итогам научно-исследовательской работы за 1982 г. ». Грозный. -1983. - С.235.

19.Магомадов P.M., Муслимов Я.М. Влияние механических напряжений на температуру фазового перехода сегнетоэластиков.// Деп. в ВИНИТИ. - № 5355 - 84 - Деп. от 24.07.1984.

20.Магомадов P.M., Далакова А.Х., Жансаев A.A. Светоиндуцированное рассеяние и фотолюминесценция в ZnS. // Тезисы докладов республиканской научно-технической конференции. Грозный. -30-31 октября 1987. - С. 5.

21.Магомадов P.M., Х.Ц. Мусаев, Р.Н. Тимощенко. Влияние магнитного поля на температурный гистерезис сегнетоэлектрика BaTi03.// Тезисы докладов Всесоюзного семинара по магнетизму редкоземельных сплавов. Грозный. — 15-20 июня 1988.- С. 118.

22.Магомадов P.M., Исмаилов З.А., Идалбаев A.M., Жансаев A.A., Аджимурзаев Я.Е. Магнитоиндуцированный ток в кристаллах LiNb03: Fe. //

Тезисы докладов Всесоюзного семинара по магнетизму редкоземельных сплавов. Грозный. -15 - 20 июня 1988. - С. 123.

23 .Магомедов Р.М. Влияние ионизации примеси на оптические свойства полупроводника ZnS. // Тезисы докладов научно-практической конференции. Назрань. - 2000. - С. 241 - 242.

24.Магомадов Р.М. Светоиндуцированное рассеяние света в полупроводнике ZnS. // Труды международной конференции. Оптика полупроводников OS -2000. Ульяновск. - 19 - 23 июня 2000. - С. 42.

25.Магомадов P.M. Влияние различных механизмов рассеяния на величину подвижности в высокоомном полупроводнике ZnS. // Тезисы докладов научно-практической конференции. Назрань. - 23.04.2002 - С. 110 — 111.

26.Магомадов Р.М, Нальгиев А.Г-М., Хамхоев Б.М., Матиев А.Х. Рассеяние неравновесных носителей заряда на ионах примеси в высокоомном полупроводнике ZnS. // Сборник научных трудов Ингушского государственного университета. Выпуск первый. Назрань. - 2002. - С. 460 -465.

27.Магомадов P.M., Ахматов Х.С-Х. Магнитострикция в кристаллах ВаТЮ3. // Материалы региональной научно-практической конференции. Грозный. - 4

- 5 июня 2003 г. - С.41 - 42.

28.Магомадов Р.М.Создание освещением глубоких примесных уровней в ZnS. // Труды V международной конференции. Оптика, оптоэлектроника и технологии. Ульяновск. - 23-27 июня 2003. - С.139.

29.Магомадов P.M. Энергия глубоких уровней создаваемых в ZnS освещением. // Труды VI международной конференции. Опто-, наноэлектроника, нанотехнологии и микросистемы. Ульяновск. - 4 - 8сентября 2004. - С.103.

30.Магомадов Р.М., Ахматов Х.С-Х. Влияние магнитного поля на удельную теплоемкость сегнетоэлектрика ВаТЮ3. // Тезисы докладов XVII Всероссийской конференции по физике сегнетоэлектриков. Пенза. - 26 июня

- 1 июля 2005.-С.111.

31.Магомадов P.M. Подвижность нетермализованных неравновесных носителей заряда в кубических кристаллах без центра симметрии.// Труды VII международной конференции. Опто- наноэлектроника, нанотехнология и микросистемы. Ульяновск - Владимир. - 27 - 30 июня 2005. - С.92.

32.Магомадов P.M. Влияние различных механизмов рассеяния на величину подвижности нетермализованных неравновесных носителей заряда в кубических кристаллах ZnS.// Труды VII международной конференции. Опто-наноэлектроника, нанотехнология и микросистемы. Ульяновск -Владимир. -27-30 июня 2005. - С. 91.

33.Магомадов P.M. Температурная зависимость подвижности нетермализованных неравновесных носителей заряда в кубическом ZnS. //Труды VII международной конференции. Оптика, наноэлектроника, нанотехнология и микросистемы. Ульяновск - Владимир. - 27-30 июня 2005.-С. 93.

34.Магомадов P.M., Ахматов Х.С-Х., Нальгиев А.Г-М. Влияние механических напряжений на ширину запрещенной зоны сегнетоэластиков. //Материалы

региональной научно-практической конференции «Вузовское образование и наука». Магас. - 24 июня 2005. - С.56-58.

35.Магомедов Р.М., Матиев А.Х., Ахматов Х.С-Х. Влияние механических напряжений на температуру фазового перехода сегнетоэласгаков. // The Fifth international Seminar on Ferroelastik Physics. Abstract book. Voronezh. Russia. -10 -13 of September. - 2006. - P.37.

36.Магомадов PM, Ахматов Х.С-Х., Нальгиев А.Г-М. Влияние механичесювс напряжений на коэффициент упругости сегнетоэласгаков.// The Fifth international Seminar on Ferroelastik Physics. Abstract book. Boronezh, Russia. -10-13 of September. - 2006.-P.38.

37.Магомадов P.M., Ахматов Х.С-Х. Влияние магнитного поля на тепловую деформацию кристаллов ВаТЮ3 вблизи сегнетоэлекгрического фазового перехода. И Ordering in Minerals and Alloys.lO-th International meeting. Rostov-on-Don-Loo, Russia. - 19 - 24 of September. - 2007. - V.2. - P. 22 - 24.

38.Магомадов P.M. Энергия уровней ответственных за линейный фотогальванический эффект в кубическом ZnS. // Труды IX международной конференции. Опго-, наноэлектроника, нанотехнология и микросистемы. Ульяновск. - 24-30 сентября 2007. - С.84.

39.Магомадов P.M. Факторы, влияющие на температурную зависимость фотогальванического тока в средах без центра симметрии. // Труды IX международной конференции. Опта-, наноэлектроника, нанотехнология и микросистемы. Ульяновск- Туапсе. - 24 - 30 сентября 2007. - С.83.

40.Магомедов Р.М., Ахматов Х.С-Х. Влияние механических напряжений на температуру фазового перехода монокристаллов ВаТЮ3. // Вестник Чеченского государственного университета. 2007. - Выпуск Х»1. - С.10 -13.

41.Магомедов Р.М., Ахматов Х.С-Х. Магнитострикция в кристаллах титаната бария. // XVIII Всероссийская конференция по физике сегнетоэлектриков. Тезисы конференции. Санкт-Петербург. - 9 - 14 июня 2008. - С.310.

42.Магомадов Р.М., Ахматов Х.С-Х. Влияние магнитного поля на удельную теплоемкость при сегнетоэлектрических фазовых переходах первого и второго рода.// Ordering in Minerals and Alloys.ll-th International meeting. Rostov-on-Don-Loo. Russia. - 10 - 15 of September. - 2008. - V.2. - P. 41 - 44.

43. Магомедов P.M., Цебаев C.H. Энергия уровней ответственных за фотогальванический эффект в LiNb03:Fe. // Труды IX международной конференции. Опто-, наноэлектроника, нанотехнология и микросистемы. ОН -11. Ульяновск - Туапсе. - 25-30 май. - 2009. - С. 105.

44. Магомедов P.M., Ахматов Х.С-Х. Влияние одноосных механических напряжений на температуру фазового перехода монокристаллов BaTi03. // Ordering in Minerals and Alloys.l2-th International meeting. Rostov-on-Don-Loo. Russia -10-15 of September.-2009.-V.2.-P. 80-84.

45. Магомадов P.M., Ахматов X.C-X. Диэлектрическая релаксация кристаллов ВаТЮз подвергнутых воздействию магнитного поля. // Труды XXII международного семинара «Релаксационные явления в твердых телах». Воронеж. - 14-18 октября 2010. - С. 57.

46. Магомедов P.M., Цебаев С.Н., Дельмиханов P.P. Определение скрытой теплоты фазового перехода при сегнетоэлектрическом фазовом переходе в кристаллах ВаТЮ3 // Ordering in Minerals and Alloys.13-th International meeting. Rostov-on-Don-Loo. Russia. - 9-15 of September. - 2010. - V.2. - P. 67 -68.

48. Магомадов P.M., Цебаев C.H., Дельмиханов P.P. Определение энергии уровня примеси в кристаллах LiNb03:Fe. // Труды международной конференции «Инноватика - 2011». - Ульяновск. - 2011г. - Т. 2. - С.34 - 35.

ЦИТИТИРУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА.

1. Фридкин В.М., Попов Б.Н. Аномальный фотовольтаический эффект в сегнетоэлектриках. УФН. - 1978. -Т.126.-Вып..4.-С.657.

2. Стурман Б.И., Фридкин В.М.Фотогальванический эффект в средах без центра симметрии и родственные явления. М.Наука. - 1992. - С.208.

3. Попов Б.Н. Аномальный фотовольтаический эффект в сегнетоэлектриках. Диссертация на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук. М.:ИКАН СССР. — 1978.

4. Астафьев С.Б., Лазарев В.Г., Фридкин В.М. Магнитоиндуцированный фотогальванический эффект в GaP. Ч ФТТ. - 1988. - Т.30. - Вып.11. -С.3362.

5. Астафьев С.Б., Лазарев В.Г., Фридкин В.М. Влияние магнитного поля на линейный фотовольтаический эффект в пьезоэлектрике - полупроводнике GaP.// Кристаллография. - 1998. - Т.ЗЗ. - Вып.5. - С.1299.

6. Ивченко Е.Л., Пикус Г.Е. Фотогальванические эффекты в полупроводниках. //В кн. «Проблемы современной физики». Л. Наука. - 1980. - С.275.

7. Ивченко Е.Л., Пикус Г.Е.Фотогальванические эффекты в кристаллах без центра инверсии. //Тем. Сборник «Вопросы физики полупроводников» (Материалы XI Зимней школы по физике полупроводников). Л.ФТИ им А.Ф. Иоффе.-1984.-С.З.

Подписано в печать 24.03.2014 г. Формат 60x90 1/6. Бумага писчая. Печать-ризография. Усл. пл. 3.1. Тираж 150 экз.

Издательство Чеченского государственного университета Адрес: 364037 ЧР, г. Грозный, ул. Киевская, 33

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННО ЕБЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ «ЧЕЧЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

На правах рукописи

/

Магомадов Рукман Масудович

ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ, КИНЕТИЧЕСКИЕ ЯВЛЕНИЯ И ЭФФЕКТЫ ПАМЯТИ В СЕГНЕТОЭЛЕКТРИКАХ, ПЬЕЗОЭЛЕКТРИКАХ И СЕГНЕТО ЭЛАСТИКАХ

01.04.07. - физика конденсированного состояния

СО 00

Диссертация

^ ^ на соискание ученой степени доктора физико-математических наук

^ Я

0 о Научный консультант:

С\1 Верховская Кира Александровна.

° Доктор физико-математических наук,

профессор

Грозный - 2013

а — 6

ВВЕДЕНИЕ.

Актуальность темы и общее состояние вопроса. Исследование процессов, возникающих в кристаллах в результате внешнего воздействия, занимает важное место в физике конденсированных состояний и обусловлено практическим применением полупроводниковых и других материалов. Например, оптоэлектроника базируется на неравновесных процессах, обусловленных взаимодействием электромагнитного излучения с электронами в кристалле. Внешнее воздействие меняет ширину запрещенной зоны, температуру фазового перехода, электрические, оптические и упругие свойства, состояние электронной подсистемы кристаллов. Например, облучение кристаллов влияет на фазовый переход [1], структурные и тепловые свойства кристаллов вблизи фазового перехода [2],оптические свойства [3], диэлектрические свойства [4,5,6], на движение доменных границ [7], на микроструктуру сегнетоэлектрических гетероструктур [8]. При воздействии тепловым полем меняется доменная структура сегнетоэлектрических монокристаллов [9], температурный гистерезис антисегнетоэлектрического фазового перехода [10],распре деление прочности сегнетоэлектрической керамики [11], пьезомодули керамики [12]. Электрические и механические поля, гидростатическое давление влияют на фазовый переход [13 - 17]. Переменное электрическое поле влияет на инициирование поляризованного состояния в кристаллах БВИ [18] , на тепловые процессы в сегнетоэлектриках [19] и на доменную структуру в кристаллах ТГС [20]. Электрические и механические поля также влияют на разрушение [21] и долговечность сегнетокерамики [22]. Исследование этих процессов позволяет изучать как макроскопические, так и микроскопические свойства кристаллов, а также особенности взаимодействия внешнего воздействия с кристаллом.

С развитием науки, твердотельной электроники, а также с освоением новых систем материалов и низкоразмерных структур возникает целый ряд

вопросов, касающихся механизмов формирования оптических и фотоэлектрических явлений при взаимодействии света с веществом, механизмов влияния магнитных и механических полей на физические свойства веществ. Диссертация посвящена изучению этих новых физических явлений. Среди них важное место занимает аномальный фотовольтаический эффект (АФЭ)[23] или фотогальванический эффект (ФГЭ)[24] в средах без центра симметрии. АФ эффект является новым эффектом, обусловленным асимметрией элементарных электронных процессов в средах без центра симметрии. Интенсивное исследование АФ эффекта связано с возможностью практического применения сред, в которых наблюдается этот эффект в качестве преобразователей световой энергии в электрическую. Кроме того, АФ эффект лежит в основе фоторефрактивного эффекта и объемной фазовой голографии во многих кристаллах без центра симметрии, поэтому исследование механизма этого эффекта представляет и прикладной интерес. К моменту начала данной работы спектральные температурные, вольтамперные характеристики АФ эффекта были изучены в достаточно широком классе сегнетоэлектрических веществ [23,25].Между тем АФ эффект в поляризованном свете в сегнетоэлектриках и в неполярных кристаллах без центра симметрии оставался малоизученным. Надо отметить также, что в основном был изучен примесный АФ эффект, а собственный практически не исследован. Открытым оставался вопрос о подвижности и энергии, неравновесных нетермализованных носителей заряда

ответственных за АФ эффект, не было объяснения росту фотогальванического тока с понижением температуры. Фоторефрактивный эффект исследовался только в сегнетоэлектрических кристаллах, а в пьезоэлектриках не исследовался.

Стационарные магнитные поля влияют на асимметрию элементарных процессов в средах без центра симметрии [26,27], на такие физические свойства сегнетоэлектриков, как величина спонтанной поляризации, доменная структура, диэлектрическая проницаемость, температура фазового

перехода [28-30]. Единого мнения исследователей о природе такого влияния нет. Дискуссионным является вопрос о влиянии магнитного поля на температуру сегнетоэлектрического фазового перехода, хотя из вибронной теории следует, что магнитное поле должно влиять на температуру фазового перехода [31].Поэтому представляет интерес исследовать влияние магнитного поля на физические свойства сегнетоэлектриков и выяснить природу такого влияния.

Исследование влияния внешних воздействий на фазовый переход [32], температурного поведения флуктуаций параметра порядка [33], движения доменных границ [34], влияния примесей на оптические спектры [34], таких новых материалов как сегнетоэластики и исследование кристаллов в которых сочетаются сегнетоэлектрические и сегнетоэластические свойства, то есть сегнетоэлектриков - сегнетоэластиков [35 - 38], актуально как с научной так и с практической точки зрения. Интерес к исследованию механооптических, фотосегнетоэластических явлений в сегнетоэластиках обусловлен тем, что эти явления имеют совершенно иную природу, чем аналогичные явления в полупроводниках или сегнетоэлектриках.

Таким образом, из вышеизложенного следует, что исследование влияния внешних воздействий на физические свойства сред без центра симметрии и сегнетоэластиков является актуальным, так как позволяет выяснить природу этих воздействий. В связи развитием нанотехнологий и наноэлектроники, появилась возможность исследования сегнетоэлектрических [39-42] и полупроводниковых наноструктур [43 - 48]. Данные исследования позволят предсказать общие закономерности внешнего воздействия на наноструктуры без центра симметрии [49].

Цели и задачи диссертации. Целью настоящей работы стало исследование новых явлений возникающих при внешнем воздействии на среды без центра симметрии и сегнетоэластики, а также выяснение природы их формирования. В диссертации были рассмотрены следующие задачи:

1. Исследование АФ эффекта в поляризованном свете, как в примесной так и в собственной области поглощения и определение компонент фотовольтаического тензора кп„ для большого числа сегнетоэлектриков и пьезоэлектриков.

2. Исследование АФ эффекта в слабых сегнетоэлектриках и анализ зависимости компонент, ответственных за продольный АФ эффект, от величины спонтанной поляризации сегнетоэлектриков.

3. Изучение продольного {ъЪ - направлении) фоторефрактивного эффекта в сегнетоэлектрике 1л№>Оз:Ре и влияния поляризации света на этот эффект.

4. Изучение эффекта фоторефракции в слабом сегнетоэлектрике Ш^пВг4, сегнетоэластике - сегнетоэлектрике (З-З^СЫ, в кубическом пьезоэлектрике и в природных кристаллах кварца.

5. Исследование рассеяния неравновесных нетермализованных носителей заряда на фотонах и фононах, и температурной зависимости энергии неравновесных нетермализованных носителей заряда, ответственных за АФ эффект, вдали от фазового перехода из нецентросимметричной фазы в центросимметричную.

6. Исследование характера температурной зависимости подвижности неравновесных нетермализованных носителей заряда, в кубических кристаллах без центра симметрии в зависимости от концентрации ионов, нейтральных атомов примеси и микродеформаций.

7. Изучение влияния магнитного поля на физические свойства сегнетоэлектриков.

8. Исследование фотосегнетоэластических явлений.

9. Изучение влияния одноосных механических напряжений на температуру фазового перехода, коэффициент упругости и ширину запрещенной зоны сегнетоэластиков.

Научная новизна работы

Научная новизна работы определяется тем, что в ней:

1. Впервые исследован АФ эффект в поляризованном свете как в примесной так и в собственной области поглощения и определены компоненты фотовольтаического тензора кПп для большого числа сегнетоэлектриков и пьезоэлектриков.

2. Впервые определены все компоненты фотовольтаического тензора кцп для сегнетоэлектрика 1лМЮ3:Ре.

3. Впервые обнаружены поперечные компоненты фотогальванического тока ]х и ]у в сегнетоэлектрике 1л№>Оз:Ре.

4. Исследован АФ эффект в слабых сегнетоэлектриках и показано, что асимметрия электронных процессов в сегнетоэлектриках обусловлена кристаллическим полем действующим на атомы основного вещества или примеси.

5. Впервые обнаружен продольный {в Ъ - направлении) фоторефрактивный эффект в сегнетоэлектрике 1ЛМЮз:Ре, обусловленный х и у компонентами фотогальванического тока, и показана возможность записи голограммы в в Ъ - срезе кристалла.

6. Впервые изучено влияние поляризации света на продольный фоторефрактивный эффект в сегнетоэлектрике 1лМЮз:Ре и показано, что под действием поля создаваемого х или у компонентой фотогальванического тока, кристалл ЫМЮз^е из одноосного превращается в двуосный.

7. Обнаружен эффект фоторефракции в слабом сегнетоэлектрике Ш^пВг^ сегнетоэластике - сегнетоэлектрике Р-8Ь5071, кубическом пьезоэлектрике 2п8 и в природных кристаллах кварца.

8. Обнаружено влияние длительности освещения на интенсивность фотолюминесценции в кубическом пьезоэлектрике и смещение спектра в коротковолновую часть.

9. Обнаружено светоиндуцированное рассеяние света в кубических кристаллах 2п8.

10. Впервые обнаружено рассеяние фотонов на неравновесных нетермализованных носителях заряда и эффект увлечения фононов неравновесными нетермализованными носителями заряда.

11. Впервые показано, что энергия неравновесных нетермализованных носителей заряда, ответственных за АФ эффект не зависит от температуры кристалла вдали от фазового перехода из нецентросимметричной фазы в центросимметричную.

12. Впервые показано, что температурная зависимость подвижности равновесных и неравновесных нетермализованных носителей заряда при рассеянии на акустических, оптических фононах и ионах примеси различна,

13.Впервые показано, что характер температурной зависимости подвижности неравновесных нетермализованных носителей заряда, в кубических кристаллах без центра симметрии в зависимости от концентрации ионов, нейтральных атомов примеси и дислокаций, меняется от нелинейного до линейного, а при концентрации их превышающей некоторую величину подвижность не зависит от температуры.

14.Впервые обнаружен эффект магнитострикции в сегнетоэлектриках.

15. Впервые обнаружены и исследованы фотоэлектрические свойства а и |3 модификаций кристаллов 8Ь5071.

16.Впервые обнаружен и исследован фоторефрактивный эффект в сегнетоэластике а- 8Ь5071.

17.Показано, что одноосные механические напряжения влияют на температуру фазового перехода, коэффициент упругости и ширину запрещенной зоны сегнетоэластиков.

Научные положения, выносимые на защиту:

1.Особенности АФ эффекта в средах без центра симметрии определяются симметрией фотовольтаического тензора кцп.Одной из особенностей фотогальванического тока в сегнетоэлектриках является наличие

составляющей фотогальванического тока в направлении спонтанной поляризации, не зависящей от поляризации, то есть возможность наблюдения АФ эффекта в сегнетоэлектриках в неполяризованном свете.

2.При фотоионизации атомов основного вещества или примеси в сегнетоэлектриках, кристаллическое поле, действующее на атомы, определяет асимметрию элементарных электронных процессов (возбуждение, рассеяние и т.д.).

3. Преобладающими в механизме, формирующем фоторефрактивный эффект в средах без центра симметрии, являются поля, генерируемые АФ эффектом в этих средах.

4.В средах без центра симметрии обладающих пьезоэлектрическим эффектом, при фотоионизации атомов основного вещества или примеси, возникающие ионы создают микродеформации, которые ответственны за фотоиндуцированное рассеяние света.

5.Микродеформации, которые возникают при освещении кубических кристаллов создают глубокие уровни в запрещенной зоне, приводящие к смещению спектра фотолюминесценции в коротковолновую сторону и к росту интенсивности фотолюминесценции, вследствие роста скорости генерации и рекомбинации носителей заряда.

7.Энергия неравновесных нетермализованных носителей заряда значительно больше ширины запрещенной зоны исследуемых кристаллов и не зависит от температуры кристалла вдали от фазового перехода из асимметричной фазы в центросимметричную.

8. Температурная зависимость подвижности равновесных и неравновесных нетермализованных носителей заряда при рассеянии на акустических и оптических фононах, ионах, нейтральных атомах примеси и микродеформациях различна. При учете всех механизмов рассеяния температурная зависимость подвижности неравновесных нетермализованных носителей заряда меняется от нелинейной до линейной в зависимости от концентрации ионов, нейтральных примесей и дислокаций. Подвижность

неравновесных нетермализованных носителей заряда не зависит от температуры кристалла при концентрации ионов, нейтральных примесей и микродеформаций превышающей некоторое пороговое значение. 9.Влияние магнитного поля на температуру сегнетоэлектрического фазового перехода, фазовую границу, теплоемкость сегнетоэлектрика ВаТЮз есть следствие магнитострикции кристалла.

Ю.Изменения физических свойств сегнетоэластиков обусловлены влиянием внешних воздействий на спонтанную деформацию сегнетоэластика.

Научная и практическая значимость работы обусловлена тем, что результаты, полученные в ней, являются решением целого ряда задач важных как в фундаментальном, так и в практическом отношении. Среди них выявление природы АФ эффекта, обусловленного асимметрией элементарных электронных процессов в средах без центра симметрии. Доказательство того, что АФ эффект это симметрийный эффект и его особенности определяются симметрией фотовольтаического тензора. Установленные в работе новые данные о влиянии внешних воздействий на физические свойства сегнетоэластиков позволят совершенствовать теорию сегнетоэластических и фотосегнетоэластических явлений. Исследование АФ и ФР эффектов в поляризованном свете в сегнетоэлектриках и пьезоэлектриках открывает новые возможности для применения этих кристаллов в качестве преобразователей световой энергии в электрическую и в качестве фоторефрактивных сред для голографии и оптической записи информации в поляризованном свете.

Полученные в диссертации результаты показали, что все среды без центра симметрии можно использовать в качестве преобразователей световой энергии в электрическую энергию, а это кристаллы 21 одного класса из 32 классов симметрии.

Исследования, проведенные в данной работе, внесли весомый вклад в новое направление в физике конденсированного состояния: «Фотоэлектрические свойства сред без центра симметрии»

Апробация работы. Основные результаты диссертации докладывались:

1. На международных конфренциях и симпозиумах: на IV Европейской конференции по сегнетоэлектричеству (г.Порторож, Югославия,3-7 сентября 1979 г.), на 2- м Японо - Советском симпозиуме по сегнетоэлектричеству(г. Киото, Япония, 6-11 сентября 1980г.), в Международной школе по сегнетоэлектрическим свойствам кристаллов(г. Пловдив, Болгария, октябрь 1979г.), на международной конференции «Оптика полупроводников 08-2000»(г. Ульяновск, 19-23 июня 2000г.), на V международной конференции «Оптика, оптоэлектроника и технологии» (г. Ульяновск,23-27 июня 2003 г.), на VI международной конференции «Оптика, наноэлектроника, нанотехнологии и микросистемы» (г. Ульяновск,4-8 октября 2004г.), на VII международной конференции «Опто-, наноэлектроника, нанотехнологии и микросистемы» (г. Ульяновск-Владимир, 27-30 июня 2005г.), на V международном семинаре по физике сегнетоэластиков(г. Воронеж, 10-13 сентября 2006г.), на X международном симпозиуме «Упорядочение в минералах и сплавах» (Ростов-на-Дону, 19-24 сентября 2007г.), на IX международной конференции «Опто-, наноэлектроника, нанотехнологии и микросистемы» (г. Ульяновск-Туапсе, 24-30 сентября 2007г.), на XI международном симпозиуме «Упорядочение в минералах и сплавах» (Ростов -на - Дону, 10-15 сентября 2008г.),на XXII международном семинаре «Релаксационные явления в твердых телах» (г. Воронеж 14-18 октября 2010 г.), на международной конференции « Инноватика-2011 »(Ульяновск-Махачкала, май 2011 г.), на международном симпозиуме «Физика межфазных границ �