Нелинейные фоторефрактивные и динамические процессы в сегнетоэлектриках типа порядок-беспорядок

Белоненко, Михаил Борисович

Нелинейные фоторефрактивные и динамические процессы в сегнетоэлектриках типа порядок-беспорядок тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.05 ВАК РФ

Белоненко, Михаил Борисович АВТОР

доктора физико-математических наук УЧЕНАЯ СТЕПЕНЬ

Волгоград МЕСТО ЗАЩИТЫ

1998 ГОД ЗАЩИТЫ

01.04.05 КОД ВАК РФ

Диссертация по физике на тему «Нелинейные фоторефрактивные и динамические процессы в сегнетоэлектриках типа порядок-беспорядок»

Автореферат диссертации на тему "Нелинейные фоторефрактивные и динамические процессы в сегнетоэлектриках типа порядок-беспорядок"

На правах рукописи

БЕЛОНЕНКО МИХАИЛ БОРИСОВИЧ

НЕЛИНЕЙНЫЕ ФОТОРЕФРАКТИВНЫЕ И ДИНАМИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ В СЕГНЕТОЭЛЕ1СГРИКАХ ТИПА ПОРЯДОК - БЕСПОРЯДОК

01.04.05 - оптика 01.04.10 - физика полупроводников и диэлектр

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени доктора физико-математических наук

САРАТОВ-1998

Работа выполнена на кафедре радиофизики Волгоградского государственного университета.

Научный консультант: доктор физико-математических наук, проф. Аникеев Б.В

Официальные оппоненты: доктор физико-математических наук, профессор Самарцев В.В. доктор физико-математических наук, профессор Названов В.Ф. доктор физико-математических наук, профессор Сазонов С.В.

диссертационного Совета Д.063.74.01 в Саратовском государственном университете им. Н. Р. Чернышевского по адресу: 410026, Саратов, ул. Астраханская, 83, СГУ, физический факультет.

С диссертацией можно ознакомится в Научной библиотеке Саратовского государственного университета.

Ведущая организация: Саратовский филиал ИРЭ РАН

Защита диссертации состоится "18" 1998 г. в/5—

час. на заседании

Автореферат разослан " IX Ученый секретарь диссертационного Совета, к.ф.-м.н., доцент

1998 г.

В.М.Аникин

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Предмет исследования и актуальность проблемы

Современные тенденции развития оптики, связанные с созданием мощных лазеров, привели к существенному прогрессу в изучении традиционных с точки зрения практики кристаллов. В первую очередь это связано с общей для всей современной физики парадигмой изучения нелинейных динамических процессов. Применение мощных лазеров и уникальная точность оптических измерений позволили существенно продвинуться и в экспериментальном аспекте изучения нелинейных явлений. Отметим также тесную связь собственно оптических явлений и явлений, известных в других физических областях. Это и теория сверхизлучения, которая может быть описана как неравновесный фазовый переход, и теория самоиндуцированной прозрачности, которая тесно связанна с теорией солитонов в конденсированных средах, и теория генерации многомодовых лазеров, положившая начало синергетике. Уже простое перечисление проблем общих для современной физики нелинейных явлений и оптики дает полное понимание того факта, что изучение нелинейных динамических процессов в веществах индуцированных мощным лазерным импульсом является весьма актуальным.

Исходя из вышеизложенного в качестве объекта исследования были выбраны сегнетоэлектрики типа порядок-беспорядок, обладающие ярко выраженными фоторефрактивными и нелинейными свойствами. Отметим, что до недавнего времени фоторефрактивный эффект считался лишь нарушающим работу электрооптических модуляторов на основе СКОР в высокоэнергетических лазерах микро- и миллисекундного диапазона с отрицательной обратной связью при энергии генерации более 3-4 Дж/см2. В настоящее время известны многочисленные примеры практического использования ФР эффекта. В некоторых средах (ЬгЫЮз) он используется для усиления и коррекции световых пучков, обработки оптической информации, и создания лазеров на динамических решетках. Поэтому возможность получения образцов ШШР больших размеров и обнаруженный в кристаллах Р1ШР эффект высокотем-

пературиой фоторефракции определяют эти кристаллы" как перспективные для использования в широкоапертурных устройствах динамической голографии. Ясно, что приведенные выше аргументы делают задачу построения последовательной теории высокотемпературной фоторефракций и рассмотрения основных явлений нелинейной оптики в этих условиях (распространение ультракороткого импульса, эффект самоиндуцировагшой прозрачности) весьма актуальной и перспективной.

Однако для выяснения возможных механизмов, приводящих к появлению фоторефрактивного эффекта необходимо выяснить электронное строение вышеупомянутых сегнетоэлектриков, что, с одной стороны, позволит исключить из рассмотрения ряд моделей фоторефрактивного эффекта, связанных с фотоиндуцированными межзонными электронными переходами, а, с другой, позволит углубить представления о зонной структуре и электронных свойствах сегнетоэлектриков. Отметим, что к этой области тесно примыкает и актуальная для оптики проблема синтеза на основе одного соединения путем допирования веществ с различной шириной запрещенной зоны. Вместе с тем в последнее время, как отмечалось в литературе, появился целый класс веществ близких к сегнетоэлектрикам типа порядок-беспорядок - сегнетоэлектрики с протонной проводимостью. Проводимость данного класса веществ обусловлена процессами миграции протонов по сетке водородных связей. Это обусловлено в первую очередь тем, что в данных веществах количество протонов меньше возможного количества водородных связей. Очевидно, что исследование возможности использования подобных соединений в оптических приложениях (например в устройствах временной компрессии лазерных импульсов) является насущной и перспективной задачей.

Вспоминая, что сегнетоэлектрики типа порядок-беспорядок являются веществами с сильно выраженными нелинейными свойствами, необходимо также учитывать вклад собственно сегнетоэлектрической нелинейности, возникающей благодаря ответственному за фазовый переход диполь-дипольному взаимодействию сегнетоэлектрических ячеек, в нелинейную динамику возникающих при облучении мощным лазерным импульсом оптических процессов. Наиболее актуальными представляются при этом задача о распространении ультракоротких лазерных импульсов в сегнетоэлектрических средах и задача об особенностях эффекта самоиндуцированной прозрачности в сегнетоэлектрической среде. Важность практических приложений вышеупомянутых задач представляется очевидной. Отметим также не получивший до сих пор теоретического толкования эксперимент по генерации второй гармоники в нитрате натрия. _

нейные акустические эффекты могут посредством акустооптического и пьезоэлектрического эффектов в совокупности с электрооптическим эффектами привести к изменению показателя преломления, а значит и к изменению оптических характеристик образца. Так, нелинейная акустическая решетка может служить, с одной стороны, затравочным образованием для доменной структуры образца, на которой будет происходить рассеяние света, а, с другой стороны, вследствие акустооптического эффекта может привести к созданию в образце фазовой решетки. Именно поэтому при изучении оптических явлений в кристаллах с нелинейными свойствами необходимо учитывать свойства акустической подсистемы кристалла, и, в частности, возможность образования солитошшх решеток и автолокализованных состояний.

Другим важным аспектом проблемы существования локализованных структур в твердых телах является задача о локализации заряженной частицы в твердом теле. Такие локализованные состояния могут привести к появлению областей пространственного заряда, т.е. к изменению оптических свойств. Необходимо отметить, что в рассматриваемом нами случае сегнето-электриков типа порядок-беспорядок проблема локализации заряженной частицы дополнительно осложнена наличием температурного фазового перехода второго рода. К обсуждаемой проблеме тесно примыкает и проблема кластеров поляризации в высокотемпературной фазе водородосодержащих сешето-электриков. Предлагаемые в литературе модели не могут, в частности, объяснить наблюдаемое время жизни кластеров. Аналогичные проблемы возникают и при попытках дать теоретическую интерпретацию экспериментально наблюдаемым микродоменам поляризации в низкотемпературной фазе. Представляется интересным выяснить, какие физические причины ведут к образованию кластеров и микродоменов поляризации, а также возможные перспективы использовшшя таких структур в устройствах оптической памяти.

Все вышеперечисленные факты и обстоятельства делают проблему исследования фоторефрактивных и нелинейных динамических процессов в сегнетоэлектриках типа порядок-беспорядок (с необходимым учетом вклада акустической подсистемы кристалла) актуальной как для теории, так и для практики, и позволяют сформулировать цель исследования. Цель диссертационной работы

Основной целью диссертационного исследования являлась разработка последовательной микроскопической теории фоторефрактивных и нелинейных свойств сегнетоэлекгриков типа порядок-беспорядок, проявляющихся при взаимодействии мощных ультракоротких лазерных импульсов с вышеупомянутым сегнетоэлектриком, теоретическое объяснение осповных имеющихся экспериментальных фактов по фоторефрактивным и нелинейным свойствам сегнетоэлекгриков типа порядок-беспорядок, а также предсказание новых,

полезных с точки зрения практических приложений динамических эффектов в сетнетоэлектриках типа порядок-беспорядок. Основные положения диссертации, выносимые на защиту На защюу выносятся следующие основные положения: I .Сегнетоэлектрики с протонной проводимостью и сегнетоэлектрики изоморфные КОР единым образом можно описать в рамках псевдоспинового формализма 8=1 [39].

2.Фотостимулированные процессы переброса дислокационных струн в кристаллах ОКБР приводят к появлению медленнорслаксирующей компоненты высокотемпературного фоторефрактивного эффекта, а бвдстрорелаксирующая компонента этого эффекта есть следствие спонтанного нарушения симметрии в системе сегнетоэлектрических ячеек находящихся в электрическом поле дефектов [3,4].

3.При распространении ультракороткого лазерного импульса в сегнетозлек-трнке типа порядок-беспорядок происходит изменение длительности и амплитуды импульса, что связано с конкуренцией между дисперсией элекгро-магаитных волн и нелинейностью в сегнетоэлеюрической подсистеме образца, которая ответственна за фазовый переход. Величина эффекта определяется температурой образца и величиной протонной проводимости [2,5].

4.Характер изменения скорости и амплитуды 2я-импульса самоиндуцированной прозрачности распространяющегося в среде, обладающей сегаетоэлек-тричеекими или фоторефракгавными свойствами, определяется величиной индуцированной импульсом поляризации среды, что связано с процессом поляризации среды, возникающим при распространении 271-импульса самоиндуцированной прозрачности, и процессом воздействия возникшей поляризации на 2тг-импульс [7].

5 .Экспериментально наблюдаемые в сеглетоэлектриках типа порядок-беспорядок кластеры поляризации в высокотемпературной фазе, и микродоменная структура в низкотемпературной фазе являются следствием, с точки зрения микроскопического рассмотрения, квазидвумерной структуры сегне-тоэлектриков и электрострикционного взаимодействия, та) связано с особенностями в динамике сяабонелинейных возмущений сегнетозлекгрика, описываемых уравнением Кадомцева-Пегвиашвшш [14,16].

Научная новизна

В ходе проведенной работы впервые были получены следующие результаты:

1. Предложен псевдоспиновый формализм 8=1 для объяснения термодинамических и динамических свойств веществ с водородными связями, в которых число протонов на водородных связях меньше числа самих водородных связей.

2. Построена теория высокотемпературной фоторефракции в твердых растворах КОР-ЭКОР, выявлены физические механизмы приводящие к появлению быстрорелаксирующей и медленнорелаксирующей компонент. В рамках предложенной теории проанализировано влияние фоторефракции на распространение ультракороткого импульса и на эффект самоиндуцированной прозрачности.

3. Теоретически предсказан и экспериментально обнаружен эффект пассивной модуляции добротности на фотоиндуцированной фазовой решетке в БКБР.

4. Выявлены особенности взаимодействия ультракороткого лазерного импульса с сегнетоэлекгриком типа порядок-беспорядок, а также эффекта самоиндуцированной прозрачности в сегнетоэлектрической среде. Установлено, что фронт импульса самоиндуцированной прозрачности становится более крутым при распространении импульса в сегнетоэлектрической среде.

5. Получены решения, описывающие бегущие нелинейные акустические волны в сегнетоэлектриках с водородными связями, которые связанны с поляризацией кристалла. Предложена интерпретация полученных решений как солитонных решеток, которые могут оказать существенное влияние на оптические свойства сегнетоэлекгриков. Исследована динамика заряженных частиц в присутствии солитонных решеток.

6. Исходя из микроскопического псевдоспинового формализма построены модели микродоменов и кластеров поляризации; предложено использование микродоменов поляризации в устройствах оптической памяти. Установлена роль дефектов в процессе образования кластеров поляризации и предсказана автолокализация колебаний экситоиов с сегнетоэлектриках типа порядок-беспорядок.

Достоверность результатов диссертации

Достоверность основных положений и выводов диссертации обеспечивается использованием в качестве исходных твердо установленных гамильтонианов сегнетоэлектриков типа порядок-беспорядок, использованием при решении уравнений адекватного математического аппарата, подтверждением ряда результатов в ходе экспериментальных исследований, наглядной физической интерпретацией и сравнением с уже проанализированными и подтвержденными физическими ситуациями и выводами. Научная и практическая ценность результатов

Практическая и научная ценность диссертационной работы состоит в том, что в ней, во-первых, изучены исходя из микроскопического формализма, являющегося в целом ряде случаев более предпочтительным, чем феноменологический формализм, новые физические объекты (сегнетоэлектрики с протонной проводимостью) и новые физические явления (высокотемпературная фоторефракция, эффект самоиндуцированной прозрачности в фоторефрак-

тивиых и сегнетоэлеетрических средах), интересные как с точки зрения фундаментальных исследований, так и с точки зрения применений. Во- вторых, установлены закономерности ряда интересных явлений (образование кластеров, эффект электроакустического эха) в средах, находящих широкое применение в оптике, оптоэлектрон икс и акустике. Полученные результаты (в частности, установленная возможность широкого изменения путем допирования ширины запрещенной зоны в паяйвинидиденфториде) открывают новые перспективы и направления практического использования и теоретического изучения сегнетоэлектриков типа порядок-беспорядок. Вышеупомянутый результат, позволяющий менять ширину запрещенной зоны, дает возможность создания приемников видимого и ближнего инфракрасного диапазона на основе одного исходного вещества, а учитывая прогресс в области химического синтеза, дает перспективы создания приемников излучения с уникальными характеристиками. Кроме того, сегнетоэлектрики типа порядок-беспорядок оказываются полезными и для создания устройств временной компрессии лазерных импульсов. Отметим, что при этом величину компрессии можно регулировать температурой, что, очевидно, весьма перспективно для приложений.

Полученные результаты, научная и практическая значимость диссертации, новизна положений, развитых в диссертации, позволяют утверждать, что проведенные исследования выполнены для развития важного направления оптики - теории фоторефраюгивных и нелинейных процессов в средах, обладающих сегнетоалектрическими свойствами. Апробация работы

Результаты работы докладывались на различных конференциях и семинарах, в том числе на ХП Всесоюзной конференции по физике сегнсгоэле ктр нков (Ростов-на-Дону, 1989), XIV Всесоюзной конференции по физике сегнетоэлектриков (Иваново, 1995), Всесоюзном симпозиуме "Световое эхо и пути его практических применений" (Куйбышев,1989), ХП Всесоюзной конференции. по акустоэлектронике и физической акустике (Ленинград, 1991), XII Всероссийской научно- технической конференции "Датчики и преобразователи информации систем измерения контроля и управления" (Гурзуф, 1995), VII международном семинаре по физике сегаетоэластиков (Россия, Казань, 1997), IX Международной конференции по сегнетозлектрикам (Корея, Сеул, 1997), Международной конференции "The centenary of the electron (Е1-100)" (Украина, Ужгород, 1997), IX Международной конференции "Взаимодействие дефектов и неупругие явления в твердых телах" IIAPS-97 (Россия, Тула, 1997), XVI Международной конференции по когерентной и нелинейной оптике, а также на конференциях и семинарах ВолГУ и КФТИ КНЦАНРФ.

Публикации

Основные материалы диссертации опубликованы в 42 научных работах, из них 22 статьи в реферируемых отечественных и зарубежных научных журналах.

Личное участие автора

Решение всех задач, сформулированных в диссертации, получено как лично, так и совместно с коллегами и руководимыми им аспирантами. В частности, псевдоспиновый формализм $=1 для описания сегнетоэлектриков с протонной проводимостью, теория самоиндуцированной прозрачности в фотореф-рактивных и сегнетоэлектрических средах, теория быстро релаксирующей компоненты высокотемпературного фоторефрактивного эффекта, эффект автогенерации обращенной волны в условиях фоторефракции, микроскопическая теория электроакустического эха в сегнето- и антисегнето- электриках типа порядок-беспорядок, описание микродоменов поляризации в низкотемпературной фазе сегнетоэлектриков и анализ возможности существования со-литонпых решеток в вышеупомянутых сегнетоэлекгриках выполнен лично автором диссертационной работы; исследования по зонной структуре и поляризационным характеристикам сегнетоэлектриков типа порядок-беспорядок выполнены автором совместно с Н.Г.Лебедевым, В.В.Немешем/ модель медленно релаксирующей компоненты высокотемпературного фоторефрактивного эффекта предложена в соавторстве с Б.В.Аникеевым; эффект пассивной модуляции добротности на фотоиндуцированных фазовых решетках в ПКОР исследовался автором совместно с Б.В.Аникеевым, Д.В.Синько, и С.А.Куценко; результаты по локализации волновой функции заряженной частицы в сегнетоэлектрическом кристалле и по кластерам поляризации в высокотемпературной фазе сегнетоэлектриков получены в соавторстве с В.В. Не-мешему расчеты по спектроскопии сегнетоэлектриков типа порядок-беспорядок ультракороткими лазерными импульсами и по модели электро-стрикциошюго солитона проведены совместно с В.В.Кабаковым. Объем и структура работы

Диссертация состоит из введения, пяти оригинальных глав, заключения и списка литературы из 220 наименований, содержит 354 страницы текста, 56 рисунков и 4 таблицы.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Во Введении обоснована актуальность работа, сформулированы цели и задачи исследования, научная новизна и практическая значимость, основные положения выносимые на защиту и дается краткая аннотация работы по главам.

В первой главе рассмотрено электронное строение некоторых широко применяемых и перспективных в оптических приложениях кристаллов, а также обсуждается новый псевдоспииовый формализм и динамика ультракороткого лазерного импульса в веществах с протонной проводимостью.

В §1.1. носящем обзорный характер, проведен анализ существующих методов расчета электронного строения и энергетических характеристик многоэлектронных систем. Обосновывается целесообразность выбора кластерного подхода для исследования сегнетоэлектрических кристаллов, и обсуждается его преимущества по сравнению с другими методами. '

В §1.2 сделан квантово-химический расчет ширины запрещенной зоны и электронного строения широко используемого в оптике сегнетоэлектрика типа порядок-беспорядок КОР. Выявлена зонная структура. Ширина запрещенной зоны, полученная в расчетах, и равная 4.02 эВ, указывает на невозможность возбуждения фотовольтаического эффекта за счет прямых межЗонных переходов, и следовательно, резко ограничивает класс возможных моделей данного эффекта. Полученные в расчетах величины зарядов на атомах фосфора (—2е), кислорода(—1е) и калия +1е) подтверждают предположение о том, что заряды ионов в кристаллах меньше их формальных валентностей. Рассчитанное значение дипольного момента на одну сегнетоэлектри-ческую ячейку (9,76 Дебай) лучше согласуется с экспериментальными данными по поляризации насыщения чем приводимые в литературе. В §1.3 проведен квантово-химический расчет ширины запрещенной зоны и приведено зонное строение сегнстоэлектрика-полупроводника нитрита натрия, относящегося к классу порядок-беспорядок. Величина запрещенной щели Е™еор - 2,75 эВ ( энергия оптического перехода электрона из основного состояния в возбужденное тригшетное), полученная в расчетах, хорошо согласуется с экспериментальным значением { — 3,4 эВ). Кроме того

получена сходимость результатов при увеличении размеров кластера. При увеличении размера кластера в 8 раз - ширина запрещенной зоны меняется слабо - относительная погрешность составляет 10 % .

В §1.4 изучается электронное строение пироэлсктрика-сегнетоэлектрика по-ливинилиденфторида, доиированного дефектами типа замещения, в частности, дефектами, образуемыми атомами 1л, Ыа, К, С1,1. Расчеты показали, что рассчитанные оптимизированные значения длин связи хорошо согласуются с. экспериментальными данными (И(С-С)=1,54 А; Ы(Н-С)=1,09 А; ЩР'-С)=1,38 А). Увеличение размера кластера не дает существенных изменений зарядов на атомах, длин связей, уже для 8 звеньев изучаемого полимера. Величина запрещенной зоны АЕё показывает принадлежность изучаемого вещества классу диэлектриков, дипольный момент, приходящийся на восемь звеньев полимера, удовлетворительно согласуется с экспериментом (РЭХ£ = 32 Дб). В целях изучения особенностей электронного строения допированных образцов был произведен также расчет для ПВДФ, содержащего дефекты замещения. В качестве таких дефектов использовались донорные (Ц, Иа, К) и акцепторные (С1,1) примеси (Табл.1).

X Яс-х Ч* ДЕВ Р Евзмо Ещмо Чс Чи Чн

А еВ Дб еВ еВ

и 1,88 0,41 5,08 21,04 -9,83 -0,01 0,36/-0,07 -0,21 0,05

Ыа 1,94 0,42 3,76 20,61 -9,18 -1,50 0,36/-0,07 -0,21 0,05

К 1,91 0,50 3,03 20,62 -8,35 -1,42 0,36/-0,07 -0,21 0,05

С1 1,83 -0,13 6,79 17,18 -11,90 -0,22 0,36/-0,07 -0,21 0,05

1 2,12 -0,14 1,95 16,66 -10,56 -0,74 0,36/-0,07 -0,21 0,05

Табя.1. Геометрические и энергетические характеристики поливинияиденфто-рида с точечными дефектами (и, Ыа, К, С/, I).

Донорные примеси замещали атомы водорода, акцепторные - фтора. Как видно из результатов проведенных квантовомеханических расчетов (Табл.1) точечные дефекты (ТД) оказывают существенное влияние на элеюронное строение и энергетические характеристики ПВДФ. Так ширина запрещенной зоны ДЕв при наличии примесей типа ТД уменьшается, даже если дефектами являются атомы С1,1, а при наличии атомов Ыа и 1л величина энергетической щели находится в области, характерной для полупроводников. Отметим, что в тоже время диполышй момент изменялся довольно существенным образом. Так введение донорных примесей в любых позициях увеличивает поляризацию насыщения и дает тем самым возможность увеличить сегаетоэлек-трические свойства

В §1.5 строится псевдоспиновый формализм Б=1 для сегнетоэлектриков с протонной проводимостью, в которых роль носителей заряда выполняют протоны двигающиеся по сетке водородных связей. Основное отличие обсуждаемых сегнетоэлектриков от классических сегнетоэлектриков с водородными связями состоит в том, что число протонов в сегнетоэлектрической решетке меньше числа возможных водородных связей. Водородная связь в таких веществах может быть, либо занята протоном, либо свободна. 7-ую водородную связь для рассматриваемого случая можно описать при помощи

'ф, ^

волновой функции Ч^ =

'И

Фоу

, где: Ф0; - характеризует вероятность от-

сутствия протона на водородной связи; Ф^ волновые функций, локализованных в левом и правом равновесных положениях протонов па водородных связях. Введем операторы Х"^ = ^ри этом, среднее значе-00

ние оператора Ху будет соответствовать количеству вакансии на водородной связи, среднее значение оператора - Х1^ будет соответствовать поляризации у-ой сегнетоэлектрической ячейки, а оператор Х1^ + Х!-1 будет соответствовать оператору туннелирования протона на ] -ой водородной свя-

зи. Гамильтониан нашего сегнетоэяектрика Н представим в виде Я = Я0 + Нх, где Я0- описывает эффекта взаимодействия протонов на занятых водородных связях, а Ну описывает эффекты, связанные с отсутствием протонов на водородной связи. В этом случае:

я0 = -х™)-

-г^вДх^-х»).-'

}

где: й- интеграл туннелирования; /¡у- обменный интеграл между ¿-ой и ой ячейками; внешнее постоянное электрическое поле в у-ой ячейке. Гамильтониан Нх представим в виде : Я,-//,+//„,

где Яр- ответственен за эффекты связанные с прыжками протонов по сетке водородных связей, а Я1,- описывает изменение энергии образца за счет вакансий на водородных связях:

Нр =2Х{(Хучд +ху^)х,£<>+(х«4 + х^)х»}+ас. ) г * </

где: 7 - интеграл перескока с У-ой водородной связи на водородную связь д

/ + Д; /л- имеет смысл химического потенциала (изменение энергии кристалла при удалении одного протона с водородной связи); ¿7/ соответствует энергии взаимодействия /-ой ячейки, в которой находится протон и (-ой ячейки, в которой протон отсутствует; - описывает энергию взаимодействия г -ой и /-ой водородных связей с отсутствием протонов; Л- вектор в направлении возможного перескока протона. Далее в работе совершается переход к псевдоспиновому гамильтониану Б=1 и гамильтониану в представлении операторов вторичного квантования Вычислен спектр элементарных возбуждений, который может быть полезен для интерпретации спектров оптического поглощения вышеупомянутых сегнетоэлектриков.

В §1.6 развивается, основанная на формализме континуального интегрирования, температурная диаграммная техника, необходимая для расчета основных характеристик сегнетоэлектриков с протонной проводимостью. Приведены основные элементы диаграммной техники и получено уравнение Дайсона для функции Грина:

Жирной линией обозначена полная функция Грина С{к,(о), простой линией

затравочная - С()(к,со), а неприводимая собственно энепгетическая часть есть

. В однопетлевом приближении: посчитана собственно энергетическая часть.

Рис. 1. Зависимость собственно энергетической части от компонент волновых векторов; к^, ку пробегают первую зону Прнллюэна.

Так типичная зависимость £(&) приведена на Рис.1. Проанализированы изменения полученной зависимости при изменении параметров гамильтониана. Выявлено, что «смягчается» мода с нулевым волновым вектором. В §1.7 рассмотрена задача динамики ультракороткого (УК) лазерного импульса в сегнетоэлектриках с протонной проводимостью. Полная система

уравнений для средних значений псевдоспиновых (ПС) операторов ^, и электрическое поле лазерного импульса Е есть :

Еи ~ с2% = ■ Мо • (У )а ~ • Е,.

¿?{SZ)

j j

, а- расстояние между соседними ячейками в направле-

нии распространения волны Система уравнений (1) решалась методом многомасштабпых разложений, в приближении однонаправленного распространения пакета волн. В этом случае система (1) редуцируется к уравнению Кортевега-де-Вриза с возмущением, записанному для величины отклонения 7,-компоненты псевдоспина от равновесного значения. Далее рассматривались солитонные решения этого уравнения. Типичная временная зависимость параметра Х-, пропорционального как амплитуде солитона так и его обратной ширине, от времени (при температурах далеких от температуры Кюри) приведена на рис.2. Так, амплитуда солитона может стать бесконечной за некоторое конечное время а его ширина будет при этом стремиться к нулю. Это дает возможность определять параметры сегнетоэлектрика с протонной проводимостью по резкому изменению формы ультракороткого лазерного импульса распространяющегося в нем. В сегнетоэлекгриках с протонной проводимостью УК импульсов сужаются и сегнегоэлектрики с протонной проводимостью являются веществами перспективными для использования в системах, в которых получают предельно короткие лазерные импульсы. В §1.8 сформулированы основные выводы из первой главы диссертации.

Рис.2 Зависимость х(0> J= 120К, £3=15 К, Т2-Ю'12 с, единица времени соответствует Iff14 с, значение параметра X приведет в условных единицах.

Во второй главе строится последовательная теория высокотемпературной фоторефракции в сегнетоэлекгриках представляющих собой твердый раствор KDP-DKDP. Обсуждены основные физические механизмы приводящие к многокомпонентной динамике фоторефракгивного отклика, проанализирова-

ло

2 t,

но слияние высокотемпературной фоторефракции па распространение УК импульсов и на эффект самоиндуцированной прозрачности. В §2.1 приводятся основные экспериментально установленные закономерности высокотемпературной фоторефракции в твердых растворах КБР-БКОР и кратко перечислены основные физические механизмы, которые могут привести к наблюдаемым эффектам.

В §2.2 строится последовательная теория медлеякорелаксирующего фото-рефрактивиого отклика, наблюдаемого при комнатных температурах в рКБР. Появление данной компоненты фоторефракции связывается с динамикой дислокационных струн, рассматриваемых в рамках модели Гранато-Люкке. Эффективные уравнения для поля напряжений а и смещения дислокационных струн ^ есть:

Т?" 4г = тсг^М+см; + Н{(,у) (2),

ду Ь ¿л (Л т

я ду2

где О -модуль сдвига; Г0-феноменологическая константа затухания недислокационной природы; Ь-модуль вектора Бюргерса; ¿„-длина дислокационной струны; N(<7) -количество дислокационных струн сорванных с точек закрепления; £, - смещение дислокаций; Сш и с1.1Ь - модуль упругости и пьезомодуль; 1

К(1,у)=Ссйа1^ск(7'где а, - коэффициент теплового расширения в

направлении перпендикулярном оптической оси с кристалла; А ~ жрЬг; В-

консганта торможения; С — ^^—, где V - коэффициент Пуассона; / -заряд

на единицу длшш дислокационной струны; Е -компонента электрического поля вдоль оси с , возникающего в кристалле вследствие срыва дислокаций. Расстояние, которое пройдет дислокация до следующей точки закрепления, является случайной величиной, вместо которой будем в дальнейшем использоваться среднее значение ее проекции на ось с - Л. Тогда: E-d61o■+N(a^)Aqc)r ,где (}г!Г - переносимый дислокацией эффективный заряд, убывающий вследствие максвелловского механизма релаксации с характерным временем 1п. д^ -д0ехр(-1/В нестационарном случае процесс

возбуждения дислокационной подсистемы можно описывать] некоторым процессом с характерным временем релаксации Т :

л г • * '

Следукнцие из дислокационной модели основные результата касаются прежде всего величины электрического поля в кристалле ответственного за фото-

«1011

см

рефрактивный эффект. Так, при концентрации дислокаций N0 <

среднем расстоянии переброса дислокационной струны Л «Ю-4 см, и захваченном дислокацией заряде порядка заряда электрона, электрическое поле, достигаемое при насыщении фоторефрактивного эффекта импульсами с плотностью энергии «24 Дж/см2 (2.8 ), будет порядка 300 В/см, что согласуется с экспериментом. Типичная расчетная зависимость вызывающего фоторефракцию электрического поля от времени приведена на рис.3.

Рис.3. Зависимость величины фото-индуцировтиюго поля от времени (концентрация дислокаций 1&2 см , Л«! (Г1 см, плотность энергии импульса 24 Дж/см2, напряжение отрыва дислокации 2-10? дин/см2, длительность импульса облучения I мс.).

Она соответствует отклику среды при воздействии на нее импульсом свободной генерации лазера накачки (значения основных параметров приведены в подписи к рисунку). Согласно этим зависимостям время спада сигнала фоторефрактивного отклика определяется наименьшим временем из времени мак-свелловской релаксации и характерного времени установления возбуждения в дислокационной подсистеме Т'. С точки зрения практических приложений представляет несомненный интерес возможность голографической записи информации в кристаллах с водородными связями типа КОР с использованием дефектной подсистемы в качестве носителя. Так, оценочная концентрация дефектов в таких кристаллах (~1012 см'3) при среднем расстоянии переброса дислокационной струны см, позволяет оценить максимально возможную плотность голографической записи информации как 1012 бит/см3. В §2.3 обсуждается теория описывающая появление быстрорелаксирующсго отклика в условиях высокотемпературной фоторефракции в твердых растворах ЮЭР-ОКОР. Исходя из микроскопического псевдоспинового гамильтониана Де-Жешш для сегнетоэлектриков изоморфных КОР запишем уравне-

ния движения Гейзенберга, дополненные релаксационными слагаемыми для средних значений псевдоспиновых операторов {.S"*), (i=l,2), в приближении

молекулярного поля и в пространственно однородном случае (s" ^ = ($а ^

для случая паразлектрической фазы: (4)

{s*)jr(j(s*)j+El+Ei+E0)(s>)r((s*)j-(S'^/T, (Sy)jt = Q(SZ)- (J(Sг) + E,+ Et + EJSx)/ - (Sy)i / T2

где Q -интеграл туннелировапия; -обменный интеграл; ,/ = Jц; , . /

(Sa). = 4 ; Er электрическое поле лазерного импульса

El = ELsnwLt; wL -частота световой волны лазера накачки; Et- элекприче-ские поля дефектов, причем в рамках рассматриваемой модели предполагается, что поле Ех направлено противоположно полю Ег\ Е0- возникающее

макроскопическое поле, определенное как Z?0 = +

„ „

Z=-; мо ' дипольныи момент сегнетоэлектрическои яченки; е- ди-

электрическая прошщаемость сегнетоэлектрика; гг()- диэлектрическая проницаемость вакуума; • ) - равновесное среднее значение х- компоненты \ / /о

псевдоспина в параэлектрической фазе; 1\ и Тг феноменологически введенные времена продольной и поперечной релаксации псевдоспина. Среднее значение оператора Р = соответствует электрической поляриза-

ции образца. Отметим, что в уравнениях (4) выделены псевдоспины находящиеся в полях дефектов различной ориентации, что явно выражается присутствием в уравнениях индекса 1 . В состоянии термодинамического равновесия, вследствие хаотической ориентации электрических полей примесных и собственных дефектов образца, поля и Я2 естественно считать равными по величине и, как уже было замечено выше, противоположными по знаку. В этой ситуации, вследствие известной пространственной симметрии кристалл, возникающее макроскопическое поле Е0 равно пулю, и фоторефракция не возникает. Предположим, что при распространении мопщого лазерного импульса в кристалле МШР произошло нарушение описанной выше симметрии, а именно, что поле /;, оказалось несколько больше чем поле Ег. Это

может быть связано, например, с однофотонным поглощением излучения на длине волны 1.06 мкм ионами Сг^ с возбуждением (1 - электрона (переход типа 4А2~*Т2 с соответствующим изменением диполышго момента ~10"27 Кл • см). В этом случае, как следует из анализа системы уравнений (4), в образце появляется макроскопическое поле Е0, пропорциональное разности (£,1-£-2) и интенсивности электромагнитного поля лазерного импульса. Появление поля Е0, в свою очередь, приводит к возрастанию анизотропии в рассматриваемой системы, т.е. величина {Ех-Е2) возрастает и, следовательно, поле Еа тоже увеличивается. Таким образом, равновесная ситуация с Е0=0 оказывается неустойчивой относительно малых флуктуации электрических полей дефектов и, следовательно, в рассматриваемой системе возможно появление макроскопической поляризации. Отметим, что поскольку появление макроскопической поляризации связывается с действием лазерного импульса (т.е., в модели предполагается, что флуктуации приводящие к ненулевой величине (Е1 -Е2) возникают под действием лазерного импульса) данный эффект можно трактовать как фотоиндуцированиый фазовый переход. Величина эффективного поля Ет определяется в основном величиной электрического поля дефектов Ег, Е2 и при значениях полей дефектов порядка Ю5 В/см и величине начальной флуктуации (Е1 -Е2)/(Е}+Е1) порядка процента, поле Ет может достигать величины 102 В/см, что согласуется с экспериментальными данными

В §2.4 рассмотрена задача о динамике УК лазерного импульса в условиях высокотемпературной фоторефракции. Полная система уравнений для средних значений псевдоспиновых (ПС) операторов (р*^, электрическое поле лазерного импульса Е, возникающее фоторефр активное поле А имеет вид:

а обозначения аналогичны введенным выше. Система уравнений (5) решалась методом многомасппабных разложений. При этом система (5) редуцируется к нелинейному уравнению Шредангера (НУШ) с возмущением, записанному дая величины отклонения г-компоненты псевдоспина от разновес-

ного значения. Своим возникновением возмущение обязано учету фоторефракции, индуцируемой в образце лазерным импульсом. Принципиальным моментом в рассматриваемом случае является конечная величина характерного времени Так при стремлении 1Г к нулю слагаемые, описывающие

возмущение, также стремятся к нулю, и учет действия фоторефракции сводится к переопределению константы эффективной нелинейности. Далее рассматривались солитонные решения этого уравнения. Определена, в зависимости от параметров задачи, пороговая площадь под огибающей лазерного импульса, необходимая для возникновения солитона. Установлена зависимость характерного времени уширения солитона от интеграла туннелирова-ния, и, поскольку эффект уширения импульса приводит к соответствующему сжатию его спектра, сегнетоэлектрики с фоторефрактивными свойствами могут использоваться в устройствах генерации мощных оптически узкополосных сигналов. Выявлена зависимость скорости уширения солитона от характерного времени спада фоторефрактивного процесса, что может быть использовано для временной спектроскопии дефектной подсистемы сегнето-злекгриков с водородными связями.

В §2.5 предсказывается эффект автогенерации обращенной волны в условиях фоторефракции. Основные уравнения для данного случая имеют вид (5), но при анализе системы уравнений учитывалась возможность появления обратной колньг. Эффективные уравнения на амплитуды прямой и обратпой волн при этом приобретают вид связанных НУШ. С физической точки зрения причина появления обратной волны состоит в том, что электрическое фотореф-рактивное поле зависит как от квадрата амплитуды прямой волны, так и вышеупомянутое электрическое поле является следствием релаксационного процесса с конечной постоянной времени. Так, вследствие первой причины в фоторефракгивном отклике появятся слагаемые пропорциональные ехр(2/(££ - га?)), которые поскольку релаксационный процесс имеет конечную постоянную времени приведут к появлению в электрическом фотореф-рактивном поле слагаемых пропорциональных ехр(2Ис£) . Последнее означает появление внутри образца стоячей волны, взаимодействие с которой прямой волны и приводит к появлению интересующей нас обратной волны. Автогенерация обращенной волны возникает вследствие параметрического взаимодействия прямой волны с записанной в процессе фоторефракции стоячей волной. Установлено, что частота обратной волны отличается от частоты прямой волны на величину пропорциональную квадрату групповой скорости в случае Гауссовой формы огибающей прямой волны. В случае же когда огибающая прямой волны имеет солитонную форму и достаточно большую амплитуду обнаружено, что обратная волна теряет устойчивость и начинается ее экспоненциальный рост.

В §2.6 теоретически предсказан и экспериментально подтвержден эффект пассивной модуляции добротности на фотоиндуцированной фазовой решетке в ОКОР. В частности, предлагается применение кристаллов ВКОР (при комнатной температуре) в качестве пассивных модуляторов добротности в твердотельных лазерах. В основе принципа действия такого модулятора лежит самодифракция излучения в фоторефрактивном кристалле, помещенном в резонатор лазера. Для выяснения механизма формирования фазовой решетки, приводящей к самодифракции, в псевдоспиновом приближении проведен анализ динамики сегнетоэлектршса с водородными связями в условиях импульсного лазерного облучения. В соответствие с полученными аналитическими результатами в §2.5 в кристалле ШШ)Р должна возникать электромагнитная волна с обращенным фронтом. Для проверки этого предположения проведен эксперимент по исследованию кинетики генерации УАО:Ш3+-лазера с непрерывной накачкой и кристаллом ШСОР в резонаторе, экспериментальная установка, схема которой представлена на рис.4. Резонатор лазера с непрерывной накачкой образован зеркалами (2) и (6) с коэффициентами отражения 84% и 100% соответственно, активный элемент (5 ) из УАС:Ыс13+ имеет диаметр 6 мм и длину 100 мм. В резонатор лазера помещался кристаллический образец из ИШР (4) длиной 80 мм вдоль оптической оси (на рисунке соответствует направлению оси Т) и поперечным сечением 40x40 мм2. Энергетические характеристики излучения в экспериментах контролировались измерителем (1 ) типа ИМО-2Н, а временной ход фотоприемным модулем (7) типа ЛФДП-3 совместно с осциллографом (8) типа С9-8.

Рис.4. Оптическая схема установки для исследования влияния фотоиндуцированной фазовой решетки в кристалле ОКОР на кинетику генерации -лазера. Полученные в экспериментах типичные осциллограммы генерации лазера представлены на рис.5. Рис.5а соответствует случаю без кристалла, а рис.2.5б . - с кристаллом в резонаторе. Из сравнения осциллограмм видно уменьшение длительности пичков и регуляризация периода их следования при помещении кристалла ОКОР в резонатор. Из полученных результатов

следует, что с кристаллом в резонаторе длительность импульсов уменьшается от 5-8 мжс до 0.3-0.8 мкс.

а)

б)

, 30 икс,

Рис.5. Типичные осциллограммы генерации лазера по схеме рис.4 : а)- без кристалла ОКОР, б) - с кристаллом йКОР в резонаторе.

Установленное в результате экспериментов изменение кинетики указанного лазера, как показал приведенный в диссертации анализ, соответствует переходу лазера в режим периодической модуляции добротности, что доказывает возбуждение в кристалле БКЕ>Р фотоиндуцированной фазовой решетки. В §2.7 развивается теория самоиндуцированной прозрачности в условиях фоторефракции. Если через и 41 обозначить амплитуды вероятностей верхнего и нижнего состояний двухуровневой системы, отличающихся на энергию М2„, и предположить, что переходы между уровнями осуществляются за счет взаимодействия дипольного момента двухуровневой системы (Iр с электрическим полем лазерного импульса, то для величин .

уравнения движения есть: И,=-2с1рЁР_-

Р+1=-ПрР_; {6)

р_, = арр++2(1рЁр_,

где Ё это эффективное поле представляющее собой сумму электрического поля лазерного импульса К и поля появляющегося вследствие фоторефрак-

тивного эффекта Д, т.е. : Е = Е + А. Для вектора напряженности электрического поля лазерного импульса Е имеем : E„-C*Eg + XpP+tt= 0, (7)

где Хр ~ 4ш1рп0, Щ- концентрация двухуровневых систем. Динамика фото-рефрактивного электрического поля Д описывается уравнением :

<&_qg2- А dt v

Эффективное уравнение для величины <р, введенной как N = В cos<p приобретает вид уравнения sin-Gordon с возмущением, обязанным своему появлению учету фоторефракции. Далее изучалась динамика солитонов описывающих 2л-импульсы. Так выяснено, что когда возникающее электрическое поле, ответственное за эффект фоторефракции, сравнимо по величине с полем индуцируемым поляризацией двухуровневых систем, то возникает сложный характер изменения скорости солигона в процессе распространения. Немонотонный характер изменения скорости солитона можно связан с тем, что при распространении солитон индуцирует электрическое фоторефрактивное поле меняющее динамику примесных двухуровневых систем. В противоположном же случае происходит монотонное уменьшение скорости солитона. В §2.8 обсуждаются некоторые применения фоторефрактивного эффекта связанные с включением сегнетоэлекгрического кристалла например KDP в состав лазера с использованием отрицательной обратной связи.. В частности, проведен анализ лазера с охваченным отрицательной обратной связью выходным зеркалом.

В $2.9 сформулированы основные выводы из второй главы диссертации. В третьей главе рассмотрены вопросы относящиеся к динамике сегнетоэлек-трика типа порядок-беспорядок в сильных электромагнитных полях, и проведен анализ физический следствий из обсуждаемых эффектов. В §3.1 предсказан эффект локализации колебаний электрических диполей в антисегнетоэлектриках типа порядок-беспорядок, установлены границы области температур при которых существуют локализованные колебания (солитоны). Отклик системы электрических диполей АСЭ (псевдоспинов) на воздействие внешнего возмущения определяется суммой средних значений операторов дипольного моментаобеих подрешеток: ДР = + {^г)2=

=z]+z2. Эффективное уравнение для величины ДР, в этом случае, есть НУШ с возмущением, определяемым действием внешнего переменного электрического поля. Как показал анализ, локализованные решения существуют не всегда, а только в высокотемпературной фазе и при То <Т< Тс, где То — температура, определяемая из условия, что эффективная нелинейность у равна нулю. Оказалось, что температура То слабо зависит от величины волнового век-

тора к = 2п/Х, где X — длина волны возбуждающего переменного поля. Например, при изменении длины волны X в 2*1раз величина То/Тс изменяется приблизительно на 1% . Также установлено, что величина То/Тс существенным образом зависит от отношения МО. Для возбуждения солигонов в системе нелинейных волн, описываемых НУШ с быстроубывающими граничными условиями, необходимо также выполнение порогового условия для интенсивности возмущающего ноля . Выполнение порогового условия соответствует появлению связанного состояния в задаче рассеяния Захарова-Шабата, т.е. солитона. Как показали расчеты температурная зависимость площади под огибающей возмущающего поля от температуры имеет вид приведенный на рис.6, и следовательно установлена температурная зависимость порога рождения солитонов.

В §3.2 анатизируется динамика возбуждения волнового пакета (возбуждений несолитонного типа) в сегнетоэлектриках типа порядок-беспорядок. Предлагается новое приближение для анализа несолитонных возбуждений. Получены эффективные уравнения и установлено, что сдвиг центральной частоты волнового пакета распространяющегося в сегнетоэлекгрике сильно зависит от температуры, а также определена связь возникающего сдвига частоты с амплитудой лазерной накачки.

В §3.3 исследуется задача о динамике УК лазерного импульса в сегнетоэлектриках типа порядок-беспорядок. Полная система уравнений для средних

значений псевдоспиновых операторов электрическое поле лазерного

импульса Е, имеет вид (5) (ДД/)=0). Эффективное уравнение есть уравнение Кортевега-де-Вриза с возмущением, записанному для величины отклонения ^-компоненты псевдоспина от равновесного значения. Своим возникновением возмущение обязано учету нелинейпостей высших порядков в сег-нетоэлектрической подсистеме. В зависимости от температуры ультракороткий лазерный импульс внутри кристалла может сужаться или расширяться, что дает возможность использовать данные сегнетоэлектрики для сужения

ульгракоротких лазерных импульсов. Найдено уравнение для температуры, при которой расширение импульса сменяется его сужением. Определена зависимость данной температуры от внутренних параметров сегнетоэлектрика, по которой представляется возможным определить отношение обменного интеграла к интегралу туннелирования. Для реальных кристаллов сегнетоэлек-триков, изоморфных KDP, с температурой фазового перехода 120 К и часто, „14 -1 ,

той туннелирования ш с при температуре ниже темнерагуры фазового периода на 10"2 К и длине кристалла порядка 10 см возможно сужение импульса в 2-4 раза. Исследована устойчивость солитонов относительно поперечных возмущений.

В §3.4 проведено рассмотрение эффекта самоиндуцированной прозрачности в сегнетоэлектрической среде. Эффективные уравнения для двухуровневой системы и электрического поля имеют вид (6,7), а для сегнетоэлектрической подсистемы есть (5) (АД?)=0). Эффективное уравнение для величины ср, введенной как N = Bcos<p приобретает вид уравнения sin-Gordon с возмущением, обязанным своему появлению учету сегнетоэлекгрических свойств среды. Далее изучалась динамика солитонов описывающих 2т1-импульсы. Учет влияния сегнетоэлектрической среды приводит к уменьшению скорости со-литона самоиндуцированной прозрачности при его распространении по образцу. Обнаружено резкое уменьшение скорости движения солитона в окрестности точки сегнетоэлектрического фазового перехода, что может быть использовано в оптической спектроскопии фазовых переходов. Это можно объяснить тем, что в окрестности точки фазового перехода система электрических диполей сегнетоэлектрика (связанных с позициями ионов в кристаллической решетке) имеет большую подвижность и, следовательно, легче забирает энергию у движущегося солитона. В процессе распространения солитона по се гиетоэл ектр ическо му кристаллу фронт солитона становится более крутым; за солИтоном возникает хвост.

В §3.5 теоретически, на базе микроскопического псевдоспинового формализма, рассмотрен, исследованный ранее экспериментально (в качестве кристалла брался образец нитрита натрия), эффект генерации второй гармоники в сегнетоэлектриках тина порядок-беспорадок.

Полученные в данном параграфе выводы о поведении интенсивности генерации второй гармоники при повышении температуры до точки Кюри качественно хорошо согласуются с экспериментальными наблюдениями. Выше точки Кюри сигнал второй гармоники отсутствует, что объясняется нулевым значением параметра порядка, а наблюдаемое при низких температурах повышение интенсивности генерации до некоторого максимального значения связывается с влиянием расстройки волновых чисел, возрастающей при удалении от некоторого значения температуры, при котором выполняются условия волнового синхронизма

(8),

В §3.6 сформулированы основные выводы из третьей главы диссертации. В четвертой главе обсуждаются особенности динамики сегнетоэлекгриков типа порядок-беспорядок в присутствии сильных акустических полей. Данная задача является актуальной для оптических приложений в силу существующих в сегнетоэлевяриках типа порядок-беспорядок пьезоэлектрического и акустооптического эффектов.

В §4.1 обсуждаются вопросы существования и детектирования соли-тонных решеток в сегнетоэлеетриках типа порядок-беспорядок. Уравнения

движения для псевдоспиновых переменных ({»5^) определяет диполь-

ный момент сегнетоэлектрнческой ячейки) в континуальном пределе, дополненные релаксационными членами, в присутствии акустической волны (описывается в длинноволповом пределе смещением к) имеют вид:

(¡¡'^ = (+ + ¿и,)($>)- ({5') - {I!*)о)Со*ф/7; -

(Ба ^ - равновесные значения ПС переменных; £ - направление распростра-

нения волны; tgф=-,—г^-;Т1 и Т2 -продольное и поперечное времена релак-

Но

сации, (1 - соответствующий пьезомодуль; А = За1; а - расстояние между соседними сегнетоэлектрическими ячейками. Возникновение зависимости от угла ф в релаксационных членах обусловлено соответствующим выбором системы координат в псевдосгашовом пространстве, при котором ось г направлена под углом л/2чр к направлению равновесного молекулярного поля [. Следует отметить, что Г, и Т2 не обнаруживают критического поведения при Т —> Тс, поскольку опи описывают динамические свойства отдельного псевдоспина. Уравнение для компоненты вектора и есть :

щ-у&з+а 1(^ = 0, (9),

где V - скорость звука, с!1=с1 /р , р - плотность образца. Поскольку харак-

+8 -1

терная частота акустических волн порядка 10 с" , а времена Г/ ,Т2 меньше 10"'' си слабо зависят от температуры, уравнения (8 ) решались в пред-

положешш \Sa/t ~ 0- Это соответствует случаю когда псевдоспиц адиабатически отслеживает изменение вектора смещения. Полученные решения имеют вид функций Якоби сп, sn, (in, и интерпретировались как нелинейные решетки доменов деформаций, связанных вследствие пьезоэффекта с доменами поляризации. В реальных сегнетоэлектриках совместно с псевдоспиновой нелинейностью, вызванной прямым диполь - дипольным взаимодействием сег-нетоалектрических ионов, существует также акустическая упругая нелинейность. Разделение вкладов вышеупомянутых нелинейностей в процесс образования солитонных акустических решеток представляет собой сложную задачу и в данной работе рассматривался лишь вклад псевдоспиновой нелинейности. Эта нелинейность является по порядку величины наибольшей в сегнетоэлектриках типа порадок-беспорадок, так как именно она ответственна за сегнетоэлектрический фазовый переход. Качественно учет акустической нелинейности можно свести к перенормировке интеграла обмена J. Найдены условия существования данных решеток из условия баланса процесса дисперсии и нелинейного роста (затухания) амплитуды. В данном случае такой баланс приводит к нетривиальному ограничению на скорость солитонной решетки. Для типичных параметров сегнетоэлектриков типа порядок-беспорядок J-120 К, £1—20 К, d~2-10"12 Кп/Н, Vo-5-Ю5 см/с, р~2 г/см3 и температуре образца порядка 124 К (считаем, что фазовый переход происходит при 122 К) солитонные решетки, как показали оценки, можно возбудить акустическими импульсами с давлением порядка 0.1-10 кбар. Данные оценки дав-

П . -

ления соответствуют относительным деформациям е —---10 -10 и

ЧР

очевидно могут быть достигнуты в эксперименте Обсужден вопрос детектирования вышеупомянутых решеток.

В §4.2 анализируется поведение заряженных частиц в присутствии солитонных решеток. Предложены методы модуляции электронного потока и проанализированы возможные режимы движения одиночного ( собственного или примесного) электрона в поле солитонной решетки, в том числе, показана возможность ускорения электрона в сегнетоэлсктрических кристаллах. Установлено, что в присутствии солитонных решеток в сегнетоэлектрике возможно появление областей пространственного заряда, которые могут быть зарегистрированы оптическими методами.

В §4.3 исследуется задача о автолокализованных возбуждениях в сегаето-злекгриках и сегнетоэластиках с примесными двухуровневыми центрами, которые возбуждаются акустической волной. Для сегнетоэлектриков с примесными двухуровневыми примесями получено эффективное уравнение, описывающее динамику огибающей акустического волнового пакета - нелинейное уравнение Шредингера. Решения этого уравнения описывают связан тле ав-тсотокализованные состояния (солитоны) примесных возбуждений и сегнето-

электрической решетки. Найдены температурные интервалы, где солитоиы являются устойчивыми, а так же зависимость порога рождения солитонных возбуждений от температуры образца и интеграла туннелирования. В §4.4 строится микроскопическая теория электроакустического эха в сегне-тоэлектриках типа порядок-беспорядок. Объяснение экспериментально полученных закономерностей, данное на основе феноменологической теории, не учитывает всех особенностей высокочастотной динамики с^гнетоэлектриков, характеризуемых наличием температурного фазового перехода типа порядок — беспорядок. В частности, в динамике сегнетоэлектриков значительную роль играют эффекты туннелирования, учет которых необходим для получения правильного закона дисперсии ЭА волны, а также для объяснения значительного ослабления амплитуды сигнала эха при дейтерировании образцов. Псевдоспшювая система сегнегоэлектрика описывается уравнениями (8), с заменой на выражение с/г^ + где внешнее переменное

электрическое поле. Из полученных выражений для коэффициента затухания электроакустических волн в различных областях температур следует, что затухание ЭА волн имеет максимальное значение в области температур, при которых частота мягкой моды близка к частоте внешнего переменного поля. Такое поведение коэффициента затухания качественно соответствует экспериментально полученной температурной зависимости затухания эхо-сигналов в кристаллах КОР. В рамках этой теории установлено, что информация об амплитудах и фазах импульсов переменного поля записывается в динамике электроакустических волн. Выражение для амплитуды эхо-отклика А3 имеет вид : Аэк>Е1Е2т1т2 5 где 7:'/,^, т;, Ггамшштуды и длительности возбуждающих импульсов при ю-2ю схеме эксперимента. Также А,~ О2 /4Г (Г-температура образца), и следовательно, сигнал эха уменьшается при дейтерировании в 102—104 раз, что находится в хорошем согласии с экспериментом.

В §4.5 приведена (построенная аналогично теории, рассмотренной в предыдущем параграфе) микроскопическая теория электроакустического эха в ан-тисегнетоэлектриках типа порядок-беспорядок. Объяснены зависимости сигналов эха от амплитуд и длительностей импульсов переменного поля и от степени дейтерированности образцов. Выявлена роль «заполяризацин» образцов.

В §4.6 сформулированы основные выводы из четвертой главы диссертации. В пятой главе рассмотрены вопросы относящиеся к влиянию кластеров и микродоменов поляризации на оптические свойства сегнетоэлектриков типа порядок-беспорядок, изучаются задачи влияния дефектов различной природы на образование локализированных состояний и установлена возможность локализации колебаний экситонной подсистемы.

В §5.1 строится теория микродоменов поляризации в низкотемпературной фазе сегнетоэлекгрических кристаллов, возникающих вследствие первичной засветки образца. В частности, для описания динамики волнового пакета распространяющегося в квазидвухмерном СЭ с водородными связями в низкотемпературной фазе получено эффективное уравнение, являющееся уравнением Кадомцева-Петвиашвили. Предложена интерпретация ламп-рсшеиия уравнешш Кадоьщева-ПетЕкагнвкяи:

и= 4(-(*' + Рйу')+ Р/у'2 + 3//>/) ({х, + Ряу,) + Р1гу,г+3/Р1г)г '

*'=ДГ-(Рд2+Р72)а7\

у'=^-ь2РкаТ, (10)

Д22

3 =

где Х,¥,Т-оси координат в реальном пространстве и время, 2 -параметр порядка, параметр Рк определяет скорость движения лампа, а параметр Р1 определяет его амплитуду. Солитонное решение описывает локализованное состояние поляризации двигающееся по кристаллу и экспоненциально убывающее при удалении от места локализации. В отличие от этого решения, лампы, описываемые (10), убывают как 1/Х, и следовательно, могут привлекаться для описания протяженных локализованных структур типа доменов. Отметим, что в сегнетоэлекгриках с водородными связями была экспериментально обнаружена микродоменная структура, которая была объяснена на основании взаимодействия неустойчивых пар вакансия-атом в междоузлии. Поскольку в таком подходе не удается без привлечения дополнительных предположений объяснить время жизни микродоменной структуры (10-11с), которая совпадает с характерным временем поперечной релаксации псевдоспина, предлагается рассматривать такую структуру как аналог лампа (10). При этом микродоменная структура образуется при первичной засветке образца, а сами микродомены представляют собой связанные изменения вектора Е и поляризации, описываемые (10). Полученные оценки для времени жизни микродомена хорошо согласуются с экспериментальными данными. Предложено использовать микродомены поляризации в устройствах оптической памяти.

В §5.2 предлагается аналогичная, рассмотренной в §5.1 модели, моделькла-стеров поляризации в высокотемпературной фазе. Гамильтониан взаимодействия звуковой и псевдоспиновой подсистем выбирался в виде:

= —ао - -П2_-~—о о, , причем второе слагаемое возУ л ■ ■ никает вследствие модуляции обменпого иитеграла ^ полем звуковой волны, и при феноменологическом рассмотрении будет соответствовать электро-стршсции. В данном случае кластер поляризации возникает вследствие элек-трострикционного взаимодействия и может быть интерпретирован как элек-трострикционный солитон. Динамика параметров кластера определяется только скоростью затухания звука и не зависит от возмущений связанных с учетом собственных сегнетоэлектрических нелинейностей. Кластеры оказываются устойчивы к псевдоспиновым нелинейностям, а их свойства определяются в основном затуханием акустических волн.

В §5.3 рассматривается роль дефектов при образовании кластеров. Рассматривались дефекты связанные с наличием в кристалле с водородными связями локально дейтерированных областей и дефекты связанные с наличием в кристалле областей с локально изменяющимся параметром обменного взаимодействия (т.е. дефекты типа «локальная температура перехода»). Проанализированы зависимости параметров кластеров от параметров сегнетоэлек-трика н дефектов.

В §5.4 решалась задача о локализации заряженной частицы в сегнетоэлектри-ческом кристалле (т.е. аналог задачи о поляроне). Гамильтониан задачи при этом можно записать как:

Н - Не + Нр5 + Не_ря (И),

где слагаемое Не ответственно за энергию частицы :

= /¿У(УЧЧг'))7,

ЛШу

Ч'(г )- волновая функция частицы, слагаемое Нр5 соответствует энергии псевдоспиновой системы сегнетоэлектрика:.

Отметим, что индексы х, у, г определены в псевдоспиновом пространстве, а оси в реальном пространстве обозначены как х ,у ,г . Ось г соответствует полярной оси кристалла. Таким образом, среднее значение оператора Р = 5* соответствует электрической поляризации образца (цо - ди-польный момент элементарной ячейки). Слагаемое Не_р5 соответствующее

энергии взаимодействия заряженной частицы с псевдоспиновой системой кристалла есть:

Не_р$ = -\Р{г')Ь{г)с?г,

где Щг ) -вектор индукции электрического поля создаваемый в точке г час* I » ¡2 I 4

тицей: А<р(г ) = -4л(т\'(г )| ; В(г ) = -£гшф(г) , е- соответствующая диэлектрическая проницаемость. Вектор поляризации сегнетоэлекгрика Р(г ) имеет только одну компоненту направленную вдоль полярной оси сегнетоэлекхрика^(г ) = (0,ОД-. В этом случае, в приближении = легко заметить, что функционал

среднего значения энергии, определенный при помощи усреднения (11) с матрицей плотности в приближении хаотических фаз, есть функционал только от волновой функции частицы *Р(г ), и задача сводится к определению вышеупомянутой функции минимизирующей данный функционал. Задача определения волновой функции заряженной частицы решалась численно прямым вариационным методом с использованием пробных функций вида:

\ я

(8 )та2р

оФ(-а4((х)4+(у,)4)-у?4(гУ)

(12),

2 1 Г(1 / 4)

причем в данных волновых функциях явно выделена существующая в сегне-тоалектрических кристаллах анизотропия вдоль полярной оси г и учтено соотношение нормировки. Величины а,Р являются параметрами которые варьируются. Вид зависимость энергии рассматриваемой системы от параметров а,р в случае пробной функции Ч^г ) представлен на рис.7.

Рис. 7. Зависимость энергии рассматриваемой системы Н от параметров а,р в случае пробной функции Ч^г

Отметим, что помимо локального минимума с а,Р равными нулю ( т.е. когда состояние заряженной частицы фактически делокализовано ), существует также минимум при ненулевых значениях а,/?, который соответствует искомому локализованному состоянию. Так в случае когда эффективные масса и заряд заряженной частицы в обезразмеренном виде равны единице, и расстояния между ближайшими сегнетоэлектрическими ячейками удовлетворяют соотношению А^. = Ау = А^. = А то для случая пробпой функции

Ч'[(г) минимальное значение функционала энергии достигается при а - 0.275/ А; /?= 0.625/ А. В случае же использования пробной функции 4>2(г) соответствующие величины есть а = 0.325/А2; Р = 0.575/А2 . Существование такого локализованного состояния связано с упорядочением хаотически ориентированных в параэлектрической фазе диполышх моментов сегнетоэлектрических ячеек ( т.е. с возникновением локального порядка в системе псевдоспинов) под действием электрического поля заряженной частицы, а также с обратным влиянием возникающей в сегнетоэлекгрической подсистеме поляризации на частицу. Определим энергию локализованного состояния /Г;как разницу между энергией делокализованного состояния с а = /? = 0 и энергией соответствующей абсолютному минимуму при непулевых значениях а,р\ Е; = — НГА\„

Результаты исследований зависимости^ от температуры сегпетоэлектрика представлены на рис.8 . Так с ростом температуры происходит уменьшение энергии локализованного состояния Е1, что можно связать с разупорядочт-вающим действием температуры на систему электрических дипольных га-ментов сегнетоэлектпических ячеек.

3000

2000

Е,

1000

12 3 4

Рис.8. Зависимость энергии локализованного состояния Е{ от температуры сегпетоэлектрика Т.

С увеличением же интеграла туннелирования О происходит рост энергии локализованного состояния, что обусловлено ростом энергии псевдоспиновой

системы при воздействии на нее электрического поля заряженной частицы. Значения Е1 слабо зависят от выбора пробной функции. В качестве заряженных частиц в случае сегнетоэлектриков с водородными связями мо1уг, в частности, выступать протоны " сорванные " с водородных связей внешними воздействиями ( тепловой удар, действие гамма излучения, и др.), а также электроны с неглубоких примесей. Вышеупомянутые локализованные состояния могут являться центрами образования "кластеров-предшествинников", ответственных за наблюдаемые аномалии в поведении комплексной диэлектрической проницаемости в параэлекгрической фазе. Кроме того, и собственно вышеупомянутые локализованные состояния могут вносить вклад в поведение диэлектрической проницаемости. В $5.5 обсуждается вопрос о взаимодействии псевдоспиновой и экситонной подсистем сегнетоэлекгрика типа порядок-беспорядок. Выявлено, что в высокотемпературной фазе мохуг существовать локализованные состояния экситонной подсистемы, которые могут привести, вследствие линейного электрооптического эффекта, к изменению показателя преломления. Обсуждены зависимости параметров, характеризующих локализованное состояние, от параметров псевдоспиновой и экситонной подсистем. Получено выражение для порога рождения локализованного состояния.

В §5.6 сформулированы основные выводы из пятой главы двсертации. В заключении сформулированы основные выводы из диссертационной работы:

1. Впервые показана применимость расчетной схемы МЖЮ/РМЗ для анализа зонной структуры и поляризационных характеристик сегнетоэлектриков типа порядок-беспорядок. Полученные результаты хорошо согласуются с данными экспериментов и позволяют использовать данный метод для изучения влияния точечных дефектов на физические характеристики сегнетоэлектриков типа порядок-беспорядок. Полученное в расчетах сильное изменение ширины запрещенной зоны и поляризационных характеристик поливинилиден-фторида при допировании позволяет использовать последний в качестве исходного материала для создания фотоприемных сред, рассчитанных на видамый и ближний инфракрасный диапазон.

2. Показана невозможность возбуждения фоторефрактивного эффекта за счет одно и двух- фотонных межзонных переходов при используемых в экспериментах длинах волн.

3. Впервые предложен псевдоспиновый формализм 55=1, в рамках которого можно единым образом описать свойства, как классических сегнетоэлектриков типа порядок - беспорядок, так и сегнетоэлектриков типа порядок - беспорядок с протонной проводимостью. В рамках данного формализма обнаружено "смягчение" моды колебаний с нулевым волновым вектором.

4. В сегнетоэлектриках с протонной проводимостью возможно сужение ультракоротких импульсов света, придем скорость изменения полуширины импульса определяется величиной протонной проводимости. Т.о. сегнетоэлеюрики с протонной проводимостью являются веществами перспективными для использования в системах, в которых получают ультракороткие лазерные импульсы.

5. Впервые, в рамках предложенной дислокационной модели, удалось получить количественное согласие с имеющимися экспериментальными данными по величине фотоиндуцированного электрического поля и динамике ФР отклика.

6. Приведенные оценки кинетических параметров и амплитуды фотоиндуцированного электрического поля, приводящего к фоторефрак-тивному эффекту в кристаллах группы ЮЭР, сделанные на базе предложенной простейшей псевдоспиновой модели с спонтанным нарушением симметрии, которая учитывает действие па сегаетоэлектри-ческие ячейки электрических палей дефектов, хорошо согласуются с имеющимися экспериментальными данными.

7. Определена зависимость характерного времени уширения лазерного ультракороткого импульса распространяющегося в условиях фоторефракции от параметров микроскопического гамильтониана и констант фоторефракгивного процесса. Предложено использовать сегнетоэлеюрики с фоторефрактивными свойствами в устройствах генерации мощных оптически узкополосных сигналов.

8. Впервые теоретически исследован процесс автогенерации обратной волны в водородосодержащих фоторефрактивных сегнетоэлектриках, возникающий вследствие параметрического взаимодействия прямой волны с записанной в процессе фоторефракции стоячей волной.

9. Теоретически предсказан и экспериментально обнаружен эффект модуляции добротности, возникающий вследствие появления в кристалле ОН)Р фотоиндуцированной фазовой решетки, и предложено использование этих кристаллов в качестве пассивных модуляторов добротности для твердотельных лазеров. Дифракция излучения на вышеупомянутой решетке приводит, с необходимостью, к селекции пространственных мод излучения лазера.

10. Впервые проанализирован эффект самоиндуцированной прозрачности в фоторефрактивной среде и выявлен нетривиальный характер распространения 2п-импульса самоиндуцированной прозрачности, в частности, немонотонный характер его распространим.

11. Проведенный анализ динамики резонансного волнового пакета в сегнетоэлектриках типа порядок-беспорядок дает теоретическую возможность использования кристаллов сегнетоэлектриков в каче-

стве элементов, перестраивающих частоту электромагнитной волны под действием температуры.

12. В зависимости от температуры ультракороткий лазерный импульс внутри кристалла может сужаться или расширяться, что дает возможность использовать данные сегнетоэлектрики для управления длительностью ультракоротких лазерных импульсов. Найдена температура, при которой расширение импульса сменяется его сужением, й выявлен физический механизм приводящий к данному факту.

13. На основании микроскопического псевдоспинового формализма получены эффективные уравнения, описывающие динамику импульса самоиндуцированной прозрачности в среде с сегнетоэлекгриче-скими свойствами. Учет влияния сегнетоэлектрнческой среды приводит к уменьшению скорости со лито на самоиндуцированной прозрачности при его распространении по образцу. Обнаружено резкое уменьшение скорости движения солитона в окрестности точки сегне-тоэлектрического фазового перехода, что может быть использовано в оптической спектроскопии фазовых переходов.

14. Полученные выводы о поведении интенсивности генерации второй гармоники при повышении температуры до точки Кюри качественно хорошо согласуются с экспериментальными наблюдениями.

15. Установлено, что нелинейные акустических решетки возникающие вследствие сильной связи деформации с поляризацией сегнетоэлек-трических ячеек приводят к появлению периодического изменения показателя преломления образца, что легко может быть обнаружено оптическими методами.

16. Найдены эффективные уравнения для огибающих пакетов прямой и обратной электроакустических волн. Из уравнений для огибающих невзаимодействующих пакетов следует выражение для эффективного декремента затухания электроакустических волн, зависимость которого от температуры согласуется с наблюдаемой экспериментально. Получено выражение для амплитуды электроакустического эха, возникающего вследствие параметрического взаимодействия прямой электроакустической волны и однородного электрического поля второго импульса. Получены эффективные уравнения для огибающих пакетов прямой и обратной электроакустических волн в антисегне-тоэлсктрике типа Ня. Выявлен механизм образования электроакустического ю-2© и ш-ю эха в антисегнетоэлектриках, возникающего вследствие параметрического взаимодействия прямой электроакустической волны и однородного электрического поля второго импульса; выявлена роль процесса заполяризации образцов до начала эксперимента и объяснено резкое уменьшение сигнала эха при дейтерировании.

17. Построена теория образования микродоменной структуры в условиях засветки образца, и установлено, что для типичных значений параметров сешетоэлектриков с водородными связями время жизни микродомена Ю-10с, что совпадает с данными эксперимента. Время жизни микродомена возрастает при приближении к точке фазового перехода и резко уменьшается при дейтерфовании образца.

18. При учете в рамках псевдоспинового формализма эффект модуляции обменного интеграла звуковыми колебаниями получены соли-тонные решения, которые можно интерпретировать как экспериментально наблюдаемые кластеры поляризации в неполярной фазе водо-родосодержащих сегнетоэлекгриков.

19. В сегиетоэлектриках типа порядок-беспорядок могут существовать локализованные состояния заряженной частицы, возникающие вследствие взаимодействия электрического поля сегнетоэлекгриче-ских ячеек и электрического голя частицы.

20. Локализованные состояния могут являться центрами образования "кластеров-предшественников", ответственных за наблюдаемые аномалии в поведении комплексной диэлектрической проницаемости в параэлектрической фазе.

ОСНОВНЫЕ ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Белоненко М.Б., Лебедев Н.Г., Немеш В.В. Электронное строение сегнето-электрика- полупроводника NaN02- // Хим. Физ. Т. 17., №3, 1998. с. 131132.

2. Belonenko М.В., Kabakov V.V. On Laser Ultrashort-pulse Spectroscopy of the Ferroelectrics with Proton Conductivity. // Laser Physics, 1998, Vol.8, № 2, p.407-410.

3. B.V. Anikeev, D. V. Sin'ko, and M. B. Belonenko On the Dislocation Dynamics of Photorefraction in the Nonpolar Phase of DKDP // Laser Physics, 1998, Vol.8, № 2, p. 477-482.

4. Anikeev B.V., Gurkin O.A., Belonenko M.B. On the dislocation mechanism of excitation of high-temperature photorefraction in DKDP //Solid State Lasers and New Laser Materials, Proc. SPIE. - 1991. - V.1859. -p. 324-326.

5. М.Б. Белоненко Особенности нелинейной динамики лазерного импульса в фоторефрактивном сегнетоэлектрике с водородными связями // Квантовая Электроника, т.25, №3,1998. с.255-258.

6. М.В. Belonenko, S. V. Nazarenko, and I. V. Sochnev Self-Excited Generation of a Phase-Conjugate Wave in Hydrogen-Containing Photorefractive Ferroelectrics // Laser Physics, 1998, Vol.8,№ 2, p.471-476.

7. Belonenko M.B., Kabakov V.V. The Pecularities of the Self-Induced Transparency Effect in Ferroelectric Medium. // Laser Physics, 1997, Vol.7, № 6, pp. 1197-1201.

8. Б.В.Аникесв, М.Б. Белоненко Переходной процесс в электрооптической ячейке с задержанной отрицательной обратной связью // Квантовая Электроника, т.20, №1,1993. с.95-98.

9. Белоненко М.Б., Шакирзянов М.М. Локализация возбуждений в системе электрических диполей сегнетоэлектрика. // Физика твердого тела. Т.36., № 7., 1994. стр.2026-2036.

Ю.М.Б.Белоненко Нелинейное возбуждепие волнового пакета в сегкегозлек-триках типа порядок-беспорядок // Изв. ВУЗов, сер. Физика, 1997 , № 8., стр.98-102.

11.Белоненко М.Б., Кабаков В.В. Спектроскопия параметра порядка в сегнетоэлектриках с водородными связями при помощи лазерных УКИ. И Квантовая электроника, 1996, т. 23Да 8, стр. 704-706.

12.Белоненко М.Б., Кабаков В.В. Динамика автолокализованных возбуждений в сегнетоэластиках с примесными двухуровневыми центрами. // Изв. РАН, сер. физ. 1998, т.62,№ 8, стр. 1497-1501.

13.Белоненко М.Б., Шакирзянов М.М. Нелинейная динамика и аномальное затухание электроакустических волн в сегнетоэлектриках типа порядок -беспорядок. И ЖЭТФ. 1991, т.99, N 3, стр.860-873.

14.Белоненко М.Б., Кабаков В.В. Электр острикционный ссшитон как модель кластера в высокотемпературной фазе водородсодержащего сегнетоэлек-трика//ФТТ, 1998, т. 40,№4, стр. 713-715.

15.Белоненко М.Б., Назаренко С.В. Микроскопическая теория электроакустического эха в атисегнетоэлектриках типа порядок-беспорядок//ФТТ, 1998, т. 40, №1, стр. 118-121.

16.Belonenko М.В., Kabakov V. V. Photoinduced Microdomains of Polarization in Ferroelectric» with Hydrogen Bonds. // Laser Physics, Vol. 7, №2, 1997, pp. 437-475.

17.Белоненко М.Б., Пацюк АД., Немеш В.В., Кабаков В.В. Взаимодействие одномерного электронного потока с электрическим полем нелинейной акустической волны в сегнетоэлектрике. // Известия Вузов, Сер. Электромеханика №2-3,1998. с. 19-22.

18. B.V. Anikeev, М.В. Belonenko, S.A.Kutsenko, and D.V.Sin'ko Passive Q Switching with the use of a phase grating in antracavity DKDP element// Laser Physics, Vol. 8,№5,1998, pp. 1004-1008

19. Belonenko M.B., Savenkov I.V. A modified model of limited difiusive aggregation describing the destruction of a thin film by laser radiation // Laser Physics, Vol. 4, №3,1994, pp. 519-520.

20.М.Б.Белоненко, А.Р.Кессель, М.М.Шакирзянов Теория поляризационного эха в сегнетоэлектриках типа порядок-беспорядок. // ФТТ, 1987, т.29, №11, с.3343-3346.

21 .М.Б.Белоненко, М.М.Шакирзянов Параметрическое возбуждение сегнетоэлектрика типа порядок-беспорядок // ФТТ, 1990, т.32, №1, с.221-232.

22.М.Б.Белоненко, И.С.Донская, А.Р.Кессель Кинетические уравнения для Изинговского магнетика в параллельном переменном поле //ТМФ,1991, т.88,№1,с. ¿22 - Z3Ü

23 .М.Б.Белоненко, А.Р.Кессель Теория поляризационного эха в XY модели //Тез. докл. Всесоюзн. симпоз. "Световое эхо и пути его практических применений", Куйбышев, 1989, с. 3/

24.Ве1оясвко М.В., Kabakov У.У. Nor.lineai aconstic lailtices in hydrogen bonded fenoelastics. //Тезисы доклада 7-го международного семинара по физике сегнетоэдастиков. Казань, 1997. ДокладР05-11.

25.М.Б.Белоненко, Д.Ю. Карманов Взаимодействие дислокаций с солитонами в сегнетоэлектриках с водородными связями.// Тезисы Международной конференции "Взаимодействие дефектов и неупругие явления в твердых телах" IIAPS-97. Тула.1997. с. 35

26.М.Б.Белоиенко, А.Р.Кессель, М.МШакирзянов Микроскопическая теория электроакустического эха в сегнетоэлектриках типа порядок-беспорядок.// Тез. докл. XII Всесоюзн. конф. по физике сешетоэлекгриков, Ростов-на-Дону, 1989, с. /S6

27.М.Б.Белоненко, М.МШакирзянов Нелинейная динамика электроакустических волн в кристаллах KDP.// Тез. докл. ХП Всесоюзн. конф. по акусто-электронике и физической акустике, Леншград, 1991, с.

28. М.Б.Белоненко, В.В.Немеш Датчик динамического хаоса в порошках пье-зокерамики.// Тез. докл. ХП Всеросс. научно-техн. копф. "Датчики и преобразователи информации систем измерения контроля и управления", Гурзуф, 1995, с. 5? -S

29.Belonenko М.В., LebedevN.G., Nemesh V.V. // Electronic strucrure of dopened polivinilidenftorid. Тезисы доклада 8-ой Международной конференции по физике сегнетоэлектриков. Корея. Сеул. 1997.P-14-TU-172. р. 133.

30.Белоненко М.Б., Кабаков В.В. Распространение ультракоротких импульсов света в сегнетоэлектриках типа порядок-беспорядок..// Тезисы доклада XIV Всесоюзной конференции по физике сегнетоэлектриков. Иваново, 1996, стр. 133.

31 .Белоненко М.Б., Лебедев Н.Г., Немеш В.В. Влияние дефектов замещения на электронные характеристики поливинилиденфторида. //Тезисы Международной конференции "Взаимодействие дефектов и неупругие явления в

. твердых телах" IIAPS-97. Тула. 1997. с. 42-43.

32.И.С.Донская, М.Б.Белоненко Релаксационное поглощение в дейтериро-ванных сегнетоэлектриках с водородными связями // Тезисы докладов Всесоюзной конференции "Применение магнитного резонанса в народном хозяйстве", Казань, 1988, стр.110.

33.М.Б.Белоненко, И.С.Донская, А.Р.Кессель Кинетическая теория релаксационного поглощения для некоторых типов сегнетоэлектриков.// Радио-

спекгроскопия кристаллов с фазовыми переходами, Сб. науч. трудов, Киев, 1989, с. 7

34.М.Б.Белоненко, А.Р.Кессель, М.М.Шакирзянов О зависимости амплитуды сигнала поляризационного эха в сегнетоэлектриках от параметра порядка.// Радиоспектроскопия кристаллов с фазовыми переходами, Сб. науч. трудов, Киев, 1989, с.

35. М.Б.Белопенко, В.В.Кабаков Динамика автолокализованных возбуждений в сегнетоэлектриках с примесными двухуровневыми центрами.// Вестник ВолГУ. Серия 1: Математика. Физика.Вып. 2,1998. С. 79-81.

36. Belonenko М.В., Kabakov V.V., Nemesh V.V. Non-linear eífects of electrón interaction with non-linear waves in ferroelectrics. // "The centenary of the elec-

^ tron (El-100)'. Uzgorod, 1997. P. 273-279.

37.Белоненко М.Б., Немеш B.B., Сочнев И.В., Пацюк А.Д. О моделях кластеров поляризации в неполярной фазе водородосодержащих сегнетоэлеюри-ков.//Вестник ВолГУ. Серия 1: Математика. Физика. Вып. 3, 1998. С. 135139.

38.Белоненко М.Б., Лебедев Н.Г Электронное строение сегнетоэлекгриков KDP типа//Вестник ВолГУ. Серия 1: Математика. Физика. Вып. 2,1998. С. 79-81.

39.Белоненко М.Б., Немеш В.В. Псевдоспиновый формализм и спектр возмущений для сегнетоэлектриков с протонной проводимостью.// Препринт -Волгоград: Изд-во ВолГУ, 1998. -32 с.

40. М.Б. Белоненко, М.М. Шакирзянов Микроскопическая теория поляризационного эха в сегнетоэлектриках типа порядок-беспорядок // Поляризационное эхо и его применение. Сборник научных трудов. М.: Наука, 1992. 216 с.

41. М.Б.Белоненко Солитонный механизм электрического пробоя в антисег-нетоэлектриках типа порядок-беспорядок // Препринт КФТИ, Казань, 1991, с.91-95.

42. М.Б. Белоненко Аномальное затухание электроакустических волн вблизи точки фазового перехода в сегнетоэлектрике типа KDP // Препринт КФТИ, Казань, 199 Le.86-90.

Подписано в печать . Формат 60x84/16. Бумага типографская №1.

Гарнитура Тайме. Усл. печ. л. 1.8. Уч.-изд. л. 1,9. Тираж 100 экз. Заказ •

Издательство Волгоградского государственного университета. 400062, Волгоград, ул. 2-я Продольная, 30.

Содержание диссертации автор исследовательской работы: доктора физико-математических наук, Белоненко, Михаил Борисович

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. Электронное строение и протонная проводимость сегнетоэлектриков типа порядок- беспорядок

1.1 Метод молекулярного стехиометрического кластера

1.2 Электронное строение KDP

1.3 Электронное строение нитрита натрия

1.4 Особенности электронного строения поливинилиденфторида с дефектами замещения

1.5 Псевдоспиновое представление и гамильтониан для сегнетоэлектриков с протонной проводимостью

1.6 Диаграммная техника и расчет собствскно-энергетичсской части

1.7 Взаимодействие сегнетоэлектриков с протонной проводимостью с ультракороткими лазерными импульсами

1.8 Выводы

ГЛАВА 2. Теория высокотемпературной фоторефракции в сегнето-электриках KDP типа

2.1 Основные закономерности высокотемпературной фоторефракции в ссгнетоэлс ктри ках KDP типа

2.2 Дислокационная модель

2.3 Модель компоненты «быстрого отклика»

2.4 Динамика ультракороткого лазерного импульса в условиях фоторефракции

2.5. Автогенерация обращенной волны в условиях фоторефракции

2.6.Эффект пассивной модуляции добротности на фотоиндуциро-ванной фазовой решетке в DKDP

2.7 Особенности эффекта самоиндуцированной прозрачности в фоторефрактивной среде

2.8 Некоторые применения фоторефрактивного эффекта в DKBP

2.9 Выводы

ГЛАВА 3. Нелинейная динамика сегветоэлектрика тана порядокбеспорядок в сильных электромагнитных полях

3.1 Локализация колебаний электрических диполей в антисегнетоэлект-риках типа порядок-беспорядок

3.2 Нелинейное возбуждение волнового пакета в сегнетоэлектриках типа порядок-беспорядок

3.3 Динамика сегнетоэлектрика тина порядок-беспорядок взаимодействующего с ультракоротким лазерным импульсом

3.4 Особенности эффекта самоиндуцированной прозрачности в сегнетоэлектриках типа порядок-беспорядок

3.5 Генерация второй гармоншш в сегнетоэлектриках типа порядок-беспорядок

3.6 Выводы

ГЛАВА 4. Особенности динамики сегнетоэлектрика типа порядок- беспорядок в присутствии сильных акустических полей

4.1 Солитонные решеиси в сегнетоэлектриках типа порядок-беспорядок

4.2 Динамика заряженных частиц в присутствии солитонных решеток

4.3 Автолокализовавшые возбуждения в сегнетоэлектриках и сегнето-эластиках с примесными двухуровневыми центрами

4.4 Микроскопическая теория электроакустического эха в сегнетоэлектриках типа порядок-беспорядок

4.5 Микроскопическая теория электроакустического эха в антисегнетоэлектриках типа порядок-беспорядок

4.6 Выводы

ГЛАВА 5. Влияние кластеров и микродоменов на оптические свойства сегнетоэдектриков типа порядок-беспорядок

5.1 Микродомены поляризации в низкотемпературной фазе

5.2 Электрострикционный солитон как модель кластера в высокотемпературной фазе

5.3 Влияние дефектов на образование кластеров

5.4 Локализованные состояния заряженной частицы в сегнетоэлек-трическом кристалле

5.5 Взаимодействие поляризации с экситонами

Введение диссертация по физике, на тему "Нелинейные фоторефрактивные и динамические процессы в сегнетоэлектриках типа порядок-беспорядок"

Современные тенденции развития оптики, связанные с созданием мощных лазеров, привели к существенному прогрессу в изучении традиционных с точки зрения практики кристаллов [1-5]. В первую очередь это связано, с обиден для всей современной физики парадигмой изучения нелинейных динамических процессов [6-10]. Применение мощных лазеров и уникальная точность оптических измерений позволили существенно продвинуться и в экспериментальном аспекте изучения нелинейных явлений. Отметим также тесную связь собственно оптических явлений, и явлений известных в других физических областях. Это и теория сверхизлучения, которая может быть описана как неравновесный фазовый переход [11,12], и теория самоиндуцированной прозрачности, которая тесно связанна с теорией солитонов в конденсированных средах [13-15], и теория генерации многомодовых лазеров, положившая начало синергетике [17,18]. Нельзя не упомянуть также и о проблемах, связанных с теорией оптической бистабильности [19-21]. Уже простое перечисление проблем общих для современной физики нелинейных явлений и оптики дает полное понимание того факта, что изучение нелинейных динамических процессов в веществах индуцированных мощным лазерным импульсом является весьма актуальным.

Современная оптика использует в качестве объектов экспериментального и теоретического исследования практически все известные среды и соединения. Именно поэтому выбор вещества (класса веществ) в качестве объекта для исследования требует особого обоснования. Исходя из вышеизложенного, это должно быть вещество с ярко выраженными нелинейными свойствами, а с другой стороны, это должно быть вещество шивремени фоторефрактивный эффект считался лишь нарушающим работу электрооптических модуляторов на основе Б КЛЭР в высокоэнергетических лазерах микро- и миллисекундного диапазона с отрицательной обратной связью при энергии генерации более 3-4 Дж/см2 [32], что значительно ограничивает области использования этих лазеров [33-36]. В настоящее время известны многочисленные примеры практического использования ФР эффекта. В некоторых средах (УНЬОз) он используется для усиления и коррекции световых пучков [37-39], обработки оптической информации [40]. и создания лазеров на динамических решетках [39]. Поэтому возможность получения образцов 1ЖОР больших размеров [41] и обнаруженный в кристаллах 1Ж13Р эффект высокотемпературной фоторефракции определяют эти кристаллы как перспективные для использования в широкоапертурных устройствах динамической голографии. Ясно, что приведенные выше аргументы делают задачу построения последовательной теории высокотемпературной фоторефракции и рассмотрения основных явлений нелинейной оптики в этих условиях (распространение 7 ультракороткого импульса, эффект самоиндуцированной прозрачности) весьма актуальной и перспективной.

Однако для выяснения возможных механизмов, приводящих к появлению фоторефрактивного эффекта, необходимо выяснить электронное строение вышеупомянутых сегнетоэлектриков, что, с одной стороны, позволит исключить из рассмотрения ряд моделей фоторефрактивного эффекта, связанных с фотоиндуцированными межзонными электронными переходами [42,43], ас- другой позволит углубить представления о зонной структуре и электронных свойствах сегнетоэлектриков. Отметим, что к этой области тесно примыкает и актуальная для оптики проблема синтеза на основе одного соединения путем допирования веществ с различной шириной запрещенной зоны [44]. Вместе с тем в последнее время, как отмечалось в литературе [45-50], появился целый класс веществ близких к сегнетоэлектрикам типа порядок-беспорядок (а иногда и изоморфных ним, например RDP [51]) ~ сегнетоэлектрики с протонной проводимостью. Проводимость данного класса веществ обусловлена процессами миграции протонов по сетке водородных связей. Это обусловлено в первую очередь тем, что в данных веществах количество протонов меньше возможного количества водородных связей [46]. Очевидно, что исследование возможности использования подобных соединений в оптических приложениях (например в устройствах временной компрессии лазерных импульсов) является актуальной задачей.

Вспоминая, что, как уже отмечалось выше, сегнетоэлектрики типа порядок-беспорядок являются веществами с сильно выраженными нелинейными свойствами [52-54], необходимо также учитывать вклад собственно сегнетоэлектрической нелинейности, возникающей благодаря прямому диполь-дипольному взаимодействию сегнетоэлектрических ячеек, ответственному за фазовый переход, в нелинейную динамику возникающих при облучении мощным лазерным импульсом оптических процессов.

Наиболее актуальными представляются при этом задача о распространении ультракоротких лазерных импульсов в сегнетоэлектрических средах [55], (а значит и задача о спектроскопии сегнетоэлектриков ультракороткими лазерными импульсами) и задача об особенностях эффекта самоиндуцированной прозрачности в сегаетоэлектрической среде. Важность практических приложений вышеупомянутых задач представляется очевидной. Отметим также не получивший до сих пор теоретического толкования эксперимент по генерации второй гармоники в нитрате натрия [56].

Из физики твердого тела известен тот факт, что сегнетоэлектрики типа порядок беспорядок наряду с электрооптическим эффектом обладают пьезоэлектрическими свойствами и им присущ акустооптический эффект [57,58]. Последнее обстоятельство означает, что возникающие в сег-нетоэлектриках нелинейные акустические эффекты могут посредством акуетооптического и пьезоэлектрического эффектов в совокупности' с электрооптическим эффектами привести к изменению показателя преломления, а значит и к изменению оптических характеристик образца. Так, нелинейная акустическая решетка может служить, с одной стороны, затравочным образованием для доменной структуры образца, на которой будет происходить рассеяние света, а, с другой стороны, вследствие аку-стооптического эффекта может привести к созданию в образце фазовой решетки. Именно поэтому при изучении оптических явлений в кристаллах с нелинейными свойствами необходимо учитывать свойства акустической подсистемы кристалла, и в частности, возможность образования солитон-ных решеток и автолокализованных состояний [59,60]. Отметим, что в силу своей уникальности именно оптические методы могут привести к прямому экспериментальному наблюдению нелинейных акустических структур.

Другим важным аспектом проблемы существования локализованных структур в твердых телах является задача о локализации заряженной 9 частицы в твердом теле (например, классическая задача о поляроне [6165]). Такие локализованные состояния могут привести к появлению областей пространственного заряда, т.е. к изменению оптических свойств. Необходимо отметить, что в рассматриваемом нами случае сегнетоэлек-триков типа порядок-беспорядок проблема локализации заряженной частицы дополнительно (по сравнению с задачей о поляроне) осложнена наличием температурного фазового перехода второго рода [66]. К обсуждаемой проблеме тесно примыкает и проблема кластеров поляризации в высокотемпературной фазе водородосодержащих сегнетоэлекприков [6770]. Предлагаемые в литературе модели не могут, в частности, объяснить наблюдаемое время жизни кластеров. Аналогичные проблемы возникают и при попытках дать теоретическую интерпретацию экспериментально наблюдаемым микродоменам поляризации в низкотемпературной фазе [71,72]. Представляется интересным выяснить, какие физические причины ведут к образованию кластеров и микродоменов поляризации, а также возможные перспективы использования таких структур в устройствах оптической памяти.

Отметим также, что теоретическое исследование нелинейных процессов в сегнетоэлектриках типа порядок-беспорядок [55,73] проводилось в последнее время в основном без учета того, что в реальных образцах существенную роль в динамике и кинетике возбуждений может играть и экситонная подсистема. В основном это связано с тем, что в ряде сегнето-электриков таких как нитрид натрия [74] ширина запрещенной зоны относительно невелика (3-4 эВ) и учет' экситонной подсистемы может оказать существенное влияние на характер и особенности как собственного сегнетоэлектрического фазового перехода, так и динамических процессов, происходящих в сегнетоэлектрике. Заметим здесь возросшую интенсивность исследований свойств экситонов в твердых телах.

Основной целью диссертационного исследования являлась разработка последовательной микроскопической теории фоторефрактивных и нелинейных свойств сегнетоэлектриков типа порядок-беспорядок, проявляющихся при взаимодействии мощных ультракоротких лазерных импульсов с вышеупомянутым сегнетоэлектриком, теоретическое объяснение основных имеющихся экспериментальных фактов по фоторефрактивным и нелинейным свойствам сегнетоэлектриков типа порядок-беспорядок, а также предсказание новых, полезных с точки зрения практических приложений динамических эффектов в сегнетоэлектриках типа порядок-беспорядок.

Научная новизна проведенного исследования состоит в том, что в ходе проведенной работы впервые были получены следующие результаты :

2, Построена теория высокотемпературной фоторефракции в твердых растворах КОРЛЖВР, выявлены физические механизмы приводящие к появлению быстрорелаксирующей и медденнорелаксирующей компонент. В рамках предложенной теории проанализировано влияние фоторефракции на распространение ультракороткого импульса и на эффект самоиндуцированной прозрачности.

3. Теоретически предсказан и экспериментально обнаружен эффект пассивной модуляции добротности на фотоиндуцированной фазовой решетке в 1Ж1)Р .

4. Выявлены особенности взаимодействия ультракороткого лазерного импульса с сегнетоэлектриком тина порядок-беспорядок, а также эффекта самоиндуцированной прозрачности в сегнетоэлектрической среде. Установлено, что фронт импульса самоиндуцированной прозрачности становится более крутым при распространении импульса в сегнето-эдектрической среде.

5. Получены решения, описывающие бегущие нелинейные акустические волны в сегаетоэлектриках с водородными связями, которые связанны с поляризацией кристалла. Предложена интерпретация полученных решений как солитонных решеток, которые могут оказать существенное влияние на оптические свойства сегнетоэлектриков. Исследована динамика заряженных частиц в присутствии солитонных решеток.

6. Исходя из микроскопического псевдоспинового формализма построены модели микродоменов и кластеров поляризации; предложено использование микродоменов поляризации в устройствах оптической памяти. Установлена роль дефектов в процессе образования кластеров поляризации и предсказана автолокализация колебаний экситонов с сегнетоэлектриках типа порядок-беспорядок.

Практическая и научная ценность диссертационной работы состоит в том. что в ней, во-первых, изучены исходя из микроскопического формализма , являющегося в целом ряде случаев более предпочтительным чем феноменологический формализм, новые физические объекты (сегнетоэлектрики с протонной проводимостью) и новые физические явления (высокотемпера-турная фоторефракция, эффект самоиндуцированной прозрачности в фоторефрактивных и се-гнетоэлектрических средах), интересные как с точки зрения фундаментальных исследований, так и с точки зрения применений. Во- вторых, установлены закономерности ряда интересных явлений (образование кластеров, эффект электроакустического эха) в средах находящих широкое применение в оптике, оптоэлек-тронике и акустике. Полученные результаты (в частности, установленная возможность широкого изменения путем допирования ширины запрещенной зоны в поливинилиденфториде) открывают новые перспективы и направления практического использования и теоретического изучения сегнетоэлектриков типа порядок-беспорядок. Вышеупомянутый результат, позволяющий менять ширину запрещенной зоны, дает возможность создания приемников видимого и ближнего инфракрасного диапазона на основе одного исходного вещества, а учитывая прогресс в области химического синтеза дает перспективы создания приемников излучения с уникальными характеристиками. Кроме того, сегнетоэлектрики типа порядок-беспорядок оказываются полезными и для создания устройств временной компрессии лазерных импульсов. Отметим, что при этом величину компрессии можно регулировать температурой, что очевидно весьма перспективно для приложений.

Полученные результаты, научная и практическая значимость диссертации, новизна положений, развитых в диссертации, позволяют утверждать, что проведенные исследования выполнены для развития важного направления оптики - теории фоторефрактивных и нелинейных процессов в средах, обладающих сегнетдалектрическими свойствами.

Достоверность основных положений и выводов диссертации обеспечивается использованием в качестве исходных твердо установленных гамильтонианов сегнетоэлектриков типа порядок-беспорядок, использованием при решении уравнений адекватного математического аппарата, юдгверждением ряда результатов в ходе экспериментальных исследова-1ий, наглядной физической интерпретацией и сравнением с уже проана1 гизированными и подтвержденными физическими ситуациями и вывода-ш.

На защиту выносятся следующие основные положения". .Сегнетоэлектрики с протонной проводимостью и сегнетоэлектрики изо-юрфные К.ОР единым образом можно описать в рамках псевдоспиново

0 формализма 3=1 [113].

Фотостимулированные процессы переброса дислокационных стоун в :ристаллах 13К13Р приводят к появлению медленнорелаксирующей ком-юненхы высокотемпературного фоторефрактивного эффекта, а быехро->елаксирующая компонента этого эффекта есть следствие спонтанного шрушения симметрии в системе сегнетоэлектрических ячеек находящихся \ электрическом поле дефектов [77,78].

При распространении ультракороткого лазерного импульса в сегнето-•лектрике типа порядок-беспорядок происходит изменение длительности

1 амплитуды импульса, что связано с конкуренцией между дисперсией электромагнитных волн и нелинейностью в сегнетоэлектрической подсистеме образца, которая ответственна за фазовый переход. Величина эффекта определяется температурой образца и величиной протонной проводимости [76,79],

•.Характер изменения скорости и амплитуды 2тс-импульса самоиндуциро

5анной прозрачности распространяющегося в среде, обладающей сегне-ххшектрическими или фоторефрактивными свойствами, определяется ветчиной индуцированной импульсом поляризации среды, что связано с фоцессом поляризации среды, возникающим при распространении 2п-!мпульса самоиндуцированной прозрачности, и процессом воздействия юзникшей поляризации на 2тЕ-импульс [81]. Экспериментально наблюдаемые в сегнетоэлектриках типа порядок-беспорядок кластеры поляризации в высокотемпературной фазе, и мик-юдоменная структура в низкотемпературной фазе являются следствием, с ры сегнетоэлектриков и электрострикционного взаимодеиствия, что связано с особенностями в динамике слабонелинейных возмущений сегнето-электрика. описываемых уравнением Кадомцева-Петвиашвили [88,90].

Диссертация состоит из введения, пяти оригинальных глав, заключения и списка литературы из 220 наименований, содержит 354 страницы текста, 56 рисунков и 4 таблиц.

Заключение диссертации по теме "Оптика"

5,6 Выводы '

1. Построена теория образования микродоменной структуры в условиях засветки образца, и установлено, что типичных значений параметров еегнетозшжтршеон с водородными связями время жизни микродомена

НГК''(-/, что совпадает с данными эксперимента. Время жизни микродомена возрастает при приближении к точке фазового перехода и резко уменьшается при дейтёрировании образца.

2. Эффект уменьшения- времени жизни микродомеиа при увеличении параметра порядка дает в частности возможность уничтожения записанной ранее решетки микродоменов при охлаждении кристалла, что является перспективным при применении в голографичееких системах. о О а ¿> <6 О

3. При учете в рамках псевдостшнового формализма эффект модуляции обменного интеграла звуковыми колебаниями получены солитонные решения, которые можно интерпретировать как экспериментально наблюдаемые кластеры поляризации в неполярной фазе водородосодер жащих сегнетоэлекхриков. /

4. В сегнетозлектриках типа порядок-беспорядок могут существовать локализованные состояния заряженной частицы, возникающие вследствие взаимодействия электрического поля сегнетоэлектрических ячеек и электрического поля частицы.

5. В высокотемпературной фазе могу!' существовать локализованные состояния зкситонной подсистемы, которые могут привести, в следствии линейного эяектрооптичеекого эффекта, к изменению показателя преломления.

6.Локализованные состояния могут являться центрами образования "кластеров - предшестъенникое", ответственных за наблюдаемые аномалии в поведении комплексной диэлектрической проницаемости в пароэлектрической фазе,

7. Локализованные состояния ответственные за образование "кластеров -предшественников" могут давать нетривиальный вклад в динамику фазового перехода сегнетоэлектрического кристалла, и в частности, могут привести к изменению критических индексов *. ф) Данный вывод вообще говоря является предметом отдельного, достаточно сложного' исследования- 'Гак, если принять за основу гипотезу универсальности [66] изменение критических индексов и характера фазового перехода возможно лишь если размерность кластера-предшественника совпадает с размерностью сегнетдалектрика. Также, необходимо принимать во внимание и тот факт, что кластеры задаю']' характерную постоялч ую с размерностью даишл , что .в свода очередь может привести уже к нарушению более сильного требования масштабной инвариантности системы .в критической области (т.е. к нарушению гипотезы екейлинга). Уче-->идно также, что обсуждаемые кластеры в зависимости от предыстории образца моту г характеризоваться и. распределением по характерным размерам ( им,, например [69]), в этом случае фазовый переход может иметь и >азмытый характер [53].

828

В заключение сформулируем наиболее важные, на наш взгляд, выводы 1-5 результаты следующие из проведенного исследования.

1. Впервые показана применимость расчетной схемы ММОО/РМЗ дня анализа зонной структуры и поляризационных характеристик сегнетозлектриков типа порядок-беспорядок'. Полученные резуль таты хорошо согласуются с данными экспериментов и позволяют использовать данный метод для изучения влияния точечных дефектов на физические характеристики сегнетозлектриков типа порядок-беспорядок. Полученное в расчетах сильное изменение ширины запрещенной зоны и поляризационных характеристик лоливиншшденфторида при допировании позволяет использовать последний в качестве исходного материала для создания фотоприемных сред, рассчитанных на видимый и ближний инфракрасный диапазон. .

3. Впервые, предложен псевдоспиновый формализм В=Т, в рамках которого можно единым образом описать свойства,- как классических сегнетозлектриков типа порядок - беспорядок, так и сегнетозлектриков типа порядок - беспорядок с протонной проводимостью. В рамках данного формализма обнаружено "смягчение" моды колебаний с нулевым волновым вектором.

4. В сегаетоэлектриках с протонной проводимостью возможно сужение ультракоротких импульсов света, причем скорость изменения полуширины импульса определяется величиной протонной проводимости. Т.о. сегнетоэлектрики с протонной проводимостью являются веществами перспективными для использования в

ЧУО асистемах, в которых получают ультракороткие лазерные импульсы.

6. Приведенные оценки кинетических параметров и амплитуды фотоиндуцированного электрического поля, приводящего к фото-рефрактирному эффекту в кристаллах группы КОР, сделанные на базе предложенной простейшей нсевдоспиновой модели с спонтанным нарушением симметрии, которая учитывает действие на сешетоэлектрйческие. ячейки электрических полей дефектов, хорошо согласуются с имеющимися экспериментальными данными.

7. Определена зависимость характерного времени уширения лазерного ультракороткого импульса распространяющегося в условиях фоторефракции от параметров микроскопического гамильтониана и констант фоторефрактивного процесса. Предложено использовать се.! 'иетоэлектрики с фоторефрактивными свойствами в устройствах генерации мощных оптически узкополосных сигналов.

8. Впервые теоретически исследован процесс автогенерации обратной волны в водородосодержащих фоторефрактивных сегнето-электриках, возникающий вследствие параметрического взаимодействия прямой волны с записанной в процессе фоторефракции стоячей волной.

9. Теоретически предсказан и экспериментально обнаружен эффект модуляции добротности, возникающий вследствие появления в кристалле-13К1.}р фотоиндуцированной фазовой решетки» и предложено использование этих кристаллов в качестве пассивных модуляторов добротности для твердотельных лазеров. Дифракция излучения на вышеупомянутой решетке приводит, с необходимостью. к селекции пространственных мод излучения лазера.

10. Впервые проанализирован эффект самоиндуцированиой прозрачности в фоторефрактивной среде и выявлен нетривиальный характер распространения ¿тх-импульса самоиндуцированиой прозрачности, в частности, немонотонный характер его распространения.

11. Проведенный анализ динамики резонансного волнового пакета в сегнет'оэлекгриках типа порядок-беспорядок дает теоретическую возможность использования кристаллов сегнетозлектриков в качестве элементов, перестраивающих частоту электромагнитной! волны под действием температуры.

12. В зависимости от температуры ультракороткий лазерный импульс внутри кристалла может сужаться или расширяться, что дает возможность использовать данные сегнетоэлектрики для управления длительностью ультракоротких лазерных импульсов. Найдена температура, при которой расширение импульса сменяется его сужением, и выявлен физический механизм приводящий к данному факту.

13. На основании микроскопического псевдоспинового формализма пол)?чены эффективные уравнения, описывающие динамику импульса самоиндуцировашюн прозрачности в среде с сегнетоэлек--трическнми свойствами. Учет влияния сегнетоэлектрической среды приводит к уменьшению скорости солитона самоиндуцированиой прозрачности при его распространении по образцу. Обнаружено резкое з'меньшение скорости движения солитона в окрестности точки сегнетоэлектрического фазового перехода, что может быть использовано в оптической спектроскопии фазовых переходов,

14. Подученные выводы о поведении интенсивности генерации второй гармоники при повышении температуры до точки Кюри качественно хорошо согласуются с экспериментальными наблюдениями.

5. Установлено, что нелинейные акустических решетки возникаю. щие вследствие сильной связи деформации с поляризацией сегне-тоэдектрических ячеек приводят к появлению периодического изменения показателя преломления образца, что легко может быть обнаружено оптическими методами.

16. Найдены эффективные уравнения для огибающих пакетов прямой и обратной электроакустических волн. Из уравнений для огибающих невзаимодействующих пакетов следует выражение для эффективного декремента. затухания электроакустических волн, зависимость которого от температуры согласуется с наблюдаемой экспериментально. Получено выражение для амплитуды электроакустического эха, возникающего вследствие параметрического взаимодействия прямой электроакустической волны и однородного электрического поля второго импульса. Получены эффективные уравнения для огибающих пакетов прямой и обратной электроакустических волн в антисегнетоэлектрике типа Кб. Выявлен механизм образования электроакустического о>2ш и ш-(0 эха в антисегнетоэлектриках, возникающего вследствие параметрического .взаимодействия прямой электроакустической волны и однородного электрического поля второго импульса: выявлена роль процесса заполяризации образцов до начала эксперимента и объяснено резкое уменьшение сигнала эха при дейтерировании.

Й32

17. Построена теория образования микродоменной структуры в условиях засветки образна, и установлено, что доя типичных значений параметров сегнетоздектриков с водородными связями время жизни микродомена НГк''с, что совпадает с данными эксперимента, Время жизни микродомена возрастает при приближении к точке фазового перехода и резко уменьшается при дейтери-рованни образца,

18. При учете в рамках* псевдоспинового формализма эффекта модуляции обменного интеграла звуковыми колебаниями получены солитонные решения, которые можно интерпретировать как экспериментально набшодаемые кластеры поляризации в неполяр-иой фазе водородоеодержащих сегнетоэлектриков,

19. В еегиетоэдектриках типа порядок-беспорядок мо.туг существовать локализованные состояния заряженной частицы, возникающие вследствие взаимодействия электрического поля сегнетоэлек-трических ячеек и электрического поля частицы.

20. Локализованные состояния мо!уг являться центрами образования . "кластеров-предшественников", ответственных за. наблюдаемые аномалии в поведении комплексной диэлектрической проницаемости в пароэлектрической фазе. i><> (>

Список источников диссертации и автореферата по физике, доктора физико-математических наук, Белоненко, Михаил Борисович, Волгоград

1. Ахманов С, А., Выелоух В .А., Чиркни A.C. Оптика фемтосекундных лазерных импульсов, - М.; Наука. Гл. ред. Физ.-мат. лит., 1988. -312 с.'

2. Аллен Л., Эберли Дж. Оптический резонанс и двухуровневые атомы,-М„: Мир, 1978.- 222 с,

3. Самарцев В.В. Современное состояние экспериментальных исследований резонансных сред методом светового эха Н Изв. АН СССР. Сер. физ., 1982, 46, N'3, с. 524-537.

4. Ахманов CA,, Коротеев И .И. Методы нелинейной оптики в спектроскопии рассеяния света, -М.: Наука, 1981. -543 с,

5. Самарцев В.В., Набойкин Ю.В., Силаева Н.Б., Зиновьев Л.В. Когерентная спектроскопия молекулярных кристаллов. -Киев: Наукдумка, 1986.- 204 с.

6. Заславский Г.М., Сагдеев Р.З. Введение в нелинейную физику: От маятника до .турбулентности и хаоса. -М.: Гл. ред. Физ.-мат, лит., 1988, -368 с.

7. Давыдов A.C. Теория твердого теда. -М.: Наука. Гл. ред. Физ.-мат. лит., j 976, 640 с.

8. Ныозлл А. Солитоны в математике и физике: Пер, с англ. ~М,: Мир, 1989, -326 с./ил.

9. Aubty S. Solitons and condensed matter physics / / Ed. Bis,hop A. R., Schneider T.-N.Y,: Springer Verlag, 1979, -P. 264.

10. Захаров B.E. и др. Теория солитонов. -М.: Наука, 1980,, 342 с.

11. L Маныкип ЭЛ., Самарцев В,В. Оптическая эхо-спектроскопия. -М.: Наука, 1984. -270 с.

12. До;щ P., Эйлбек Дж., Гиббон Дж., Моррис X. Солитоны и нелинейные волновые уравнения. Пер. с анпт. М.:М.ир, 1988.

13. McCall S.L., Hahn EI,. Self-induced transparency, if Phys. Rev. , 1969, J 83, №2, pp. 457-485.

14. Lamb G. L. Analytical descriptions of ultrashort optical pulse propagation in a resonant medium. //Rev. Mod., Phys., 1971,43, JNe 1, pp. 99-124.

15. Хакеи X. Нелинейное взаимодействие экситонов с ког ерентным излучением. -В кн. Нелинейная спектроскопия. -М.: Мир, 1979, с. 452-497.

16. Хакен Г. Синергетика,- М.г Мир, 1980.

17. Г'иббс Х„ Оптическая бистабильность. Управление светом с помощью света. -Пер. с анга. -М.: Мир, 1988, 520 с.

18. Кузовкова 'ГА., У едведев С .К., Нилов Н.В., Фролов C.B. Электрооптический модулятор 'добротности лазера со стабильным кошрастом// ПТЭ. ) 992. - JNé i. - С.161-164.

19. Кузовкова ТА. Маругин A.M., Нилов Е.В., Овчинников В.М. Подавление акустических колебаний в кристаллах К.DP и DKDP, применяемых для управления работой лазеров// Оптико-механическая промышленность. î 977. - № 2. - С. 57 -59.

20. Блинц Р., Жекш В. Сегнетоэлектрики и антисегнетозлектрики. М.: Мир, 1975. 398 с.

21. Кузовкова ТА., Медведев С.К., Нилов Е.В. Фролов C.B. Электрооптический модулятор добротности лазера со стабильным контрастом// ПТЭ. -1992, № 1. - С. 161-164. '

22. Кузовкова ТА., Маругин A.M., Нилов Е.В., Овчинников В.М. Подавление акустических колебаний в кристаллах KDP и DKDP, применяемых для управления работой лазеров// Оптико-механическая промышленность. 1977. - № 2. - С. 57 -59. ,

23. Агашков АЛЗ., Моргун Ю.Ф. Влияние вторичного электрооптического эффекта на генерацию лазеров с отрицательной обратной связью// ЖПС. 1983, - Т.39„ - № 3. - С. 384-389.

24. М.: Мир, 1981, с. 736. I Glass A.M., D. von der Linde, Negran T.J. High-voltage bulk photovoltaic effect and the photorefractive process in LiNbCb// Appl. Phys. Lett. -1974.-v.25.- p.223-225.

25. Осипов В .А.» Федянин В.К. Лекции для молодых ученых. Полиацети-леи и двумерные модели квантовой теории поля. Вып. 33. ОИЯИ, . Р17-85-809, Дубна, 1985.ь> 4 ) г? <-.'?J> I

26. Баранов А,.И. Аномалии протонной проводимости при структурных фазовых переходах в кристаллах с водородными связями. // Известия АН СССР. Сер. физ. 1987,т.51,№12, с. 2146-2155.

27. Баранов А.И., Макарова И.П. и др. Фазовые переходы и протонная проводимость в кристаллах, ШьЩБеСЬЬ // Кристаллография. 1987, Т. 32, с, 334.

28. Таври лова Н.Д., Лотонов A.M. Пироэлектрические и диэлектрические аномалии в сегиетоподобных кристаллах с водородными связями. // Изв. РАН. Сер. физ. 1993. Т.57. № 3, стр. 123-125.

29. J.V.Stasyuk, N. Pavlenko Microscopic model of sequence of superionic-ferroelastic--phase transition in (КВ^зЩЗеО^ crista!, // Journal of the- korean. ' physical society, vol. 32,1998, pp. S24-S27.

30. Горелик B.C., Жаботинский Е.В., Митин Г.Г. Генерация второй гармоники в поликристаллических образцах нитрита натрия // Квантовая электроника, 21, №4(1994).

31. Нарасимхамурти Т. Фотоупругие и электрооптические свойства кристаллов: Пер. с англ. М.: Мир, 1984. - 624 с.

32. Шаекольская МП. Кристаллография. -М.: Высш. Шк., 1984. -376 с.

33. Нагаев Э.Л. Магнетики со сложными обменными взаимодействиями. М.: Наука, 1988. 232 с.

34. Бородин В.З., Садыков СЛ., Экнадиосянц Е.М., Агаларов А.Ш., Пинская А.Н. Возникновение периодических доменных структур под влиянием коротких импульсов электрического поля. // Изв. РАН. Сер. Физ., 1993, т.57, №3, стр. 66-69.

35. Тябликов C.B. К теории поляронов. -ЖЭТФ, 22, с. 513,1952.

36. Frohlich H., Pelzer H., Zienau S. Properties of slow electrons in polar materials. РЫ1. Mag. 41,221,1950.

37. Ландау Л.Д., Пакар С.И. Эффективная масса полярона. -ЖЭТФ, 18, с. 419, 1948.

38. Lee T.D., Low F ,Е., Pines D. The motion of slow electrons in polar crystas. Phys. Rev. 90, 297, 1953.

39. Давыдов A.C., Пестряков Г.М. Экситон-фононное взаимодействие в молекулярных кристаллах. Сб. «Проблемы теоретической физики», Наука, 1972, с. 417.

40. Паташинекий А.З., Покровский В.Л. Флуктуационная теория фазовых переходов. -М.: Наука, Главная редакция физико-математической литературы, 1982. -382 с.

41. N.M. Galiyarova, S.V. Gorin and A.V. Shilnikov Peculiarities of low-frequency dielectric behavior of piezoceramics PZTNB in morphotropic region// Ferroelec-trics, 1993, v. 143, p.277-285

42. Фридкин В.М. Сегаетоэлектрики-полупроводники. М.: Наука, 1976.408 с.

43. Cava R.J., McWban D.B. Diffiise-X-Ray Scattering Study of the Fast-Ion Conductor p-Ag2S. //Phys. Rev. Lett. 1980. V.45. D. 2046.

44. Grier В Н., Shapiro S.M., Cava RJ. Inelastic neutron scattering measurements of the diffusion in (3-Ag2S. // Phys. Rev. 1984. V.29.P.3810.

45. Сазонов C.B. О нелинейной пикосекундной акустике низкотемпературных парамагнитных кристаллов. //Изв. ВУЗов. 1993, W7. стр. 94-113.

46. Фридкин В.М. Фотосегнетоэлектрики, М.: Наука, 1979,264 с.

47. Белоненко М.Б., Лебедев Н.Г., Немеш В.В. Электронное строение сегнето-злектрика- полупроводника NaNOi. If Хим. Физ. Т. 17., Ж?, 1998. с. 131132.

48. Belonenko М.В., Kabakov V.V. On Laser Ultrashort-pulse Spectroscopy of the Ferroelectries with Proton Conductivity. // Laser Physics, 1998, Vol.8, Ш 2, p 407-410.

49. B. V. Anikeev, D. V. Sin'ko, and M. B. Belonenko On the Dislocation Dynamics of Photorefraction in the Nonpolar Phase of DKDP // Laser Physics, 1998, Vol.8, №2, p. 477-482.340

50. S.Anikeev B.V., Gurkin O.A., Belonenko M.B. On the dislocation mechanism of excitation of high-temperature photorefraction in DKDP //Solid State Lasers and New Laser Materials, Proc. SPIE. 1991. - V.1859. - p. 324-326.

51. М.Б. Белоненко Особенности нелинейной динамики лазерного импульса в фоторефрактивном сегнетоэлектрике с водородными связями // Квантовая Электроника, т.25, №>3,1998. с.255-258.

52. М.В. Belonenko, S. V. Nazarenko, and L V. Sochnev Self-Excited Generation of a Phase-Conjugate Wave in Hydrogen-Containing Photorefractive Ferroelectrics // Laser Physics, 1998, Vol.8, № 2, p.471-476.

53. Белоненко М.Б., Кабаков В В. Спектроскопия параметра порядка в сегне-тоэлектриках с водородными связями при помощи лазерных УКИ. // Квантовая электроника, 1996, т. 23, № 8, стр. 704-706.

54. В6.Белоненко М.Б., Кабаков В.В. Динамика автолокализованных возбуждений в сегнетоэластиках с примесными двухуровневыми центрами. // Изв. РАН, сер. физ. 1998, т.62, № 8, стр. 1497-1501.34 i

55. Белоненко М.Б., Шакирзянов MM. Нелинейная динамика и аномальное затухание электроакустических bojbs в сегнетоэлектриках типа порядок -беспорядок. // ЖЭТФ. 1991, т.99, N 3, стр.860-873.

56. Белоненко М.Б., Кабаков В.В. Электрострнкционный солитон как модель кластера в высокотемпературной фазе водородсодержащего сегнетоэлек-трика //ФТТ, 1998, т. 40, №4, стр. 713-715.

57. Белонешсо М.Б., Пазаренко С.В. Микроскопическая теория электроакустического эха в антисегнетоэлектриках типа порядок-беспорядок//ФТТ, 1998, т. 40, Jfel, стр. 118-121.

58. Ю.Belonenko М.В., Kabakov V.V. Photoinduced Microdomains of Polarization in Ferroelectrics with Hydrogen Bonds. // Laser Physics, Vol. 7, №2, 1997, pp. 437-475.

59. Белоненко М.Б., Пацюк А.Д., Немеш B.B., Кабаков В.В. Взаимодействие одномерного электронного потока с электрическим полем нелинейной акустической волны в сешетоэлектрике. // Известия Вузов, Сер. Электромеханика. №2-3,1998. с. 19-22.

60. B.V. Anikeev, М.В. Belonenko, S.A. Kutsenko, and D.V. SinTco Passive Q Switching with the use of a phase grating in a intracavity DKDP element // Laser Physics, Vol. 8, №5,1998, pp. 1004-1008

61. Belonenko M.B., Savenkov I.V. A modified model of limited diffusive aggregation describing the destruction of a thin film by laser radiation // Laser Physics, Vol. 4, m, 1994, pp. 519-520.

62. М.Б.Белоненко, АР.Кессель, М.МЛЦакирзянов Теория поляризационного эха в сегнетоэлектриках типа порядок-беспорядок. // ФТТ, 1987, т.29, №11, с.3343-3346.

63. М.Б.Белонснко, В.В.Немеш Датчик динамического хаоса в порошках пьезокерамики.// Тез. дот XS Всеросс. научно-техн. конф. "Датчики и преобразователи информации систем измерения контроля и управления", Гурзуф, 1995, с.7-8

64. Belonenko М.В., Lebedev N.G. Nemesh V.V. // Electronic strucmre of dopened polivimiidenftorid. Тезисы доклада 8-ой Международной конференции по физике сегнетоэлектриков. Корея. Сеул. 1997. P-14-TU-172. р. 133.343

65. Белоненко М.Б., Кабаков В.В. Распространение ультракоротких импульсов света в сегнетоэлектриках типа порядок-беспорядок.// Тезисы доклада XIV Всесоюзной конференции по физике сегнетоэлектриков. Иваново, 1996, стр. 133.

66. ОЗ.Белоненко МБ., Лебедев Н.Г., Немеш В.В. Влияние дефектов замещения на электронные характеристики поливинилиденфторида. //Тезисы Международной конференции "Взаимодействие дефектов и неупрутие явления в твердых телах" ÍIAPS-97. Тула. 1997. с. 42-43.

67. И.С.Донская, М.Б.Белоненко Релаксационное поглощение в дейтериро-вацных сегнетоэлектриках с водородными связями // Тезисы докладов Всесоюзной конференции "Применение магнитного резонанса в народном хозяйстве", Казань, 1988, стр. 110.

68. М.Б.Белоненко, И.С.Донская, А.Р.Кессель Кинетическая теория релаксационного поглощения для некоторых типов сегнетоэлектриков.// Радиоспектроскопия кристаллов с фазовыми переходами. Сб. науч. трудов, Киев, 1989, с. 102-105

69. М.Б.Белоненко, А.Р.Кессель, М.М.Шакирзянов О зависимости амплитуды сигнала поляризационного эха в сегнетоэлектриках от параметра порядка.// Радиоспектроскопия кристаллов с фазовыми переходами. Сб. науч. трудов, Киев, 1989, с.86-Я9

70. М.Б.Белоненко, В.В.Кабаков Динамика автолокализованных возбуждений в сегнетоэлектриках с примесными двухуровневыми центрами.// Вестник ВолГУ. Серия 1: Математика. Физика. Вып. 2,1998. С. 79-81.

71. Белоненко М.Б., Лебедев Н.Г Электронное строение сегнетоэлектриков KDP типа//Вестник ВолГУ. Серия 1: Математика. Физика. Вып. 2,1998. С.79.81.

72. Белоненко М.Б., Немеш В.В. Псевдоспиновый формализм и спектр возмущений для сегнетоэлектриков с протонной проводимостью.// Препринт -Волгоград: Изд-во ВолГУ, 1998. -32 с.

73. М.Б. Белоненко, М.М. Шакирзянов Микроскопическая теория поляризационного эха в сегнетоэлектриках типа порядок-беспорядок // Поляризационное эхо и его применение. Сборник научных трудов. М.: Наука, 1992. 216 с.

74. М. Б. Белоненко Солитонпый механизм электрического пробоя в антисег-нетоэлектриках типа порядок-беспорядок // Препринт КФТИ, Казань, 1991,с .91-95.

75. М.Б. Белоненко Аномальное затухание электроакустических волн вблизи точки фазового перехода в сегнетоэлектрике типа KDP // Ирейринт КФТИ, Казань, 1991, с.86-90.

76. Д.Ф. Байса, Й.Г. Вертегел, С.В.Ногребняк, ЗЛапла, Е.Д.Чесноков Исследование фазового перехода в сегнетоэлектрике (СНз)4МЗс1Вгз методом ядерного квадрупольно! о резонанса// Изв. АН сер. фнз., т.57, №3,1993.345

77. Jae Кар Jtmg, Yong Mun Seo, Sung Ho Choh, Young Min Park, Seung Kee Song i4N NQR relaxation in mixed complex system (СЗДбЩ ix[NaN02.x. // Journal of the korean physical society, vol. 32,1998, pp. S665-S668.

78. Долин С.П., Лебедев В.Л., Левин А.А. Кластерные квантовохимические расчеты и приближение кластеров БЕТЕ при описании Н-связанных кристаллов // Докл. РАН. 1995. Т. 341, № 6. с. 701.

79. Китгель Ч. Введение в физику твердого тела. М.: Мир. 1978. 792 С.

80. Леванюк А.П., Сигов А.С. Структурные переходы в кристаллах с дефектами. // Изв. АН сер. физ., т.49, №2,19S5.

81. EhingerK. etal. J.Physique, 1983,44,p.c3-115.

82. Эварестов Р.А. Кластерное приближение в теории точечных дефектов в твердых телах, //Журн. структ. химии.-1983, т.24, №4, с. 44-61.

83. ЗО.Бэкстер Р. Точно решаемые модели в статистической механике. -Пер. с англ. -М.: Мир, 1985. -486 с.

84. Ш.Цюлике Л. Квантовая химия. -Пер. с нем. -М.: Мир. -1976. -512с.132.3аградник Р., Полак Р. Основы квантовой химии. -М.: Мир. -1979. -504 с.346

85. Ш.Жидомиров Г.М., Михейкин И.Д. Кластерное приближение в квантово-химических исследованиях хемоеорбции и поверхностных структур. // Итоги науки и техники ВИНИТИ АН СССР. Сер. Строение молекул и химии. связь. М.: ВИНИТИ. - 1984. - Т. 9. - 161 с.

86. Эварестов P.A., Смирнов В.П. Методы теории групп в квантовой химии твердого тела. Л.: ЛГУ. - 1987. - 375 С.

87. Жидомиров Г.М., Шлюгер А.Л., Канторович Л.Н. Современные модели теории хемоеорбции. // Современные проблемы квантовой химии в теории межмолекулярных взаимодействий и твердых тел. Л.: Наука. - 1987. - с. 225=282.

88. Dewar M.J.S., Thiel W. Ground states of molecules. 38. The MNDO method. Approximations and Parameters. // J. Amer. Chem. Soc. 1977. - v. 99. -p.4899-4906.

89. Dewar M.J.S., Thiel W. A semiempiricâl model for the twocenter repulsion integrals in the MNDO approximation. Ii Theoret. Chim. Acta. 1977. - V. 46. -p. 89-104.

90. Лебедев Н.Г. Эффекты влияния ионных взаимодействий с остатком кристалла в MNDO расчетах стехиометрических моделей неметаллических твердых тел: Дис. канд. Физ.-мат. наук. - Волгоград: ВолГАСА. - 1995.

91. Лебедев I i i ., Литинский А.О. Модель ионно-встроенного стехиомет-рического кластера для расчета электронного строения ионных кристаллов. // ФТТ. 1996. т. 38. вып. З.с. 959-962.

92. Эвареетов P.A. Квантовохимические методы в теории твердого тела -Л:1. ЛГУ, 1982,280 с. %

93. Левин A.A. Введение в квантовую химию твердого тела. -М: Наука, 1974,280 с.

94. Messmer R.P. The nature of the surface chemical bond. -Amsterdam,1977, p. 53-111.

95. Гуркин O.A., Аникеев Б.В. Особенности фоторефракции в DKDP при комнатной температуре//Известия РАИ, Сер. физ.-1992.-Т. 56, вып. 12.- С. 65- 69.

96. Верхопольская К.А., Сонин A.C. Исследование собственного поглощения света в монокристаллах нитрита натрия и иодата калия в области сег-нетоэлектрических фазовых переходов //ЖЗТФ. 1967. Т. 52. с. 383.

97. Литинский А.О., Лебедев Н.Г., Дербишер В.Е., Карагодина М.В. Сравнительный анализ квазимолекулярных моделей полившшлхлорида с дефектами. И Тез. докл. X Всесоюз. Сов. по квантовой химии,- Казань, 1991, С.48 ■

98. Смоленский Г.А. и др. Сегнетоэлектрики и антисегнетоэлектрики. М.: Наука, 1971, - 543 С.

99. Кессель А.Р. Ядерный акустический резонанс. М.: Наука, 1969. - 215 С.

100. Тябликов C.B. Методы квантовой теории магнетизма. М.: Наука, 1975. = 527 С,

101. Боголюбов H.H., Боголюбов H.H. (мл.) Введение в квантовую статистическую механику. М.: Наука, 1984. - 384 С.

102. Брусов П.Н.,Попов В.Н. Сверхтекучесть и коллективные свойства квантовых жидкостей. М.: Наука, 1088. - 216 С.

103. Абрикосов A.A., Горьков Л.П., Дзялошинский И.Ё. Методы квантовой теории поля в статистической физике. М.: Физматгиз, 1962. - 444 С.

104. Попов В Л. Континуальные интегралы в квантовой теории поля и статистической физике. М.: Атомиздат, 1976. - 256 С.

105. Рамон П. Теория поля, современный вводный курс. М.: Мир, 1984. -332 С.

106. Боголюбов H.H., Ширков Д.В. Введение в теорию квантовых полей. -М.: Наука, 1973. 416 С.

107. De Gennes P.G. // Sol. Stat. Comm., 1963, v. 1, p. 132.

108. Лэм Дж.Л. Введение в теорию солитонов. Пер. с англ. М.:Мир, 1983,1. J#4 с,349

109. Ш.Солитоны. Пер. с англ./Под ред. Буллафа Р., Кодри Ф. М.: Мир, 1983, 408" с.

110. Абловиц М., Сигур X. Солитоны и метод обратной задачи. Пер. е англ. -М.: Мир, 1987,479 с.

111. Карнман В.И., Маелов B E. Структура хвостов, образующихся при воздействии возмущений на солитоны. IIЖЭТФ 1978, т.73, N 2, стр. 504-517.

112. Стенли Г. Фазовые переходы и критические явления. М.:Мир.1973. 364 с.

113. Стурман Б.Й., Фридкин В.М. Фотогальванический эффект в средах без центра симметрии и родственные явления. М.: Наука, 1992. -208 с.

114. Фридкин В.М., Попов Б.Н. Аномальный фотоволыаический эффект в сегнетоэлектриках// УФН. 1978. - Т.126. - № 4. - С.657-671.i 69.Сиротин Ю.Й., Шаекольская М.П. Основы кристаллофизики. М: Наука, 1979. - 640 с.

115. Аникеев Б.В., Крутяков В.В. О динамических свойствах электрооптического затвора на DKDP в микросекундном диапазоне// Квантовая электроника. -1990. Т. 17. - № 10. - с.1371-1374.171 .Киттель Ч. Квантовая теория твердых тел. М.: Наука, 1967. - 380с.

116. Баски н Э.М., Магарилл Л.И., Энтин М.В. Фотогальванический эффект в кристаллах без центра инверсии// ФТТ. Т.20. - № 8. -1978. С.2432-2436.

117. Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М. Теория упругости. -М.: Наука, 1987. -248с.

118. Илюшин A.A. Механика сплошной среды. М.: Наука, 1990. - 310с.

119. Владимиров B.C. Уравнения математической физики. М.: Наука, 1981. -430с.

120. Granato А., Lücke К. Theory of mechanical damping due to dislocations// J. Appl. Phys.- 1956. -V. 27. -No. 6. p. 538- 593.

121. Асадуллин Я.Я. Поляризационное эхо в пьезоэлектрических порошках и динамика дислокаций// УФЖ. 1987. - № 32. - С. 1391-1396.350

122. Косевич A.M. Дислокации в теории упругости. К.Наукова Думка, 1978.- 220с.

123. Аникеев Б.В., Синько Д.В. О наблюдении оптической памяти в параэлек-трике DKDP // Квантовая электроника. -1996. Т. 23. - № 3. - С. 252 -254.

124. Фридкин В.М. Сегнетоэлектрики-полупроводники. -М.: Наука, 1976.408 с,

125. Синько Д.В. Экспериментальное исследование фотостимулированных процессов в кристаллах DKDP при комнатной температуре: дис. . к. Ф.-м. н. Волгоград, 1997,174 с.

126. Fridkin V.M., Popov B.N., Verkhovskaya К.A. The photovoltaic and photorefractive effects in KDP- type ferroelectrics// J. Appl. Phys. -1977. V.16. -No.3. - p. 313 - 315.

127. A. Найфэ, Введение в методы возмущений. М.: Мир, 1984.436 с.

128. Ханин Я.И. Динамика квантовых генераторов. М.: Сов. радио, 1975. - 4

129. Аникеев Б.В., Синько Д.В. Непрерывный YAG:Nd3+- лазер с акустоэлек-трооптической модуляцией добротности // Квантовая электроника. 1993. -Т. 20.-№12.-С. 1199-1202.

130. Захаров В.Е., Рубенчик А.М. Неустойчивость волноводов и солитонов в нелинейных средах. -ЖЭТФ, 65, вып. 3,1973, с. 997-1011.

131. Захаров В.Е., Сынах B.C. О характере особенности при самофокусировке. -ЖЭТФ, т. 68, вып. 3,1975, с. 940-947.

132. Bu!lough R.K., Jack Р.Н., Kitchenside P.W. and Sanders P. Solitons in laser physics. // Physica Scripta, 1979, V.20. P.364-381.

133. Аникеев Б.В. Динамика импульсных лазеров с электрооптическим управлением: дис. доктор физ.-мат. наук,-Волгоград, 1994,

134. Бел снов Э.М., Назаркин A.B., О некоторых решениях уравнений нелинейной оптике без приближения медленно меняющихся амплитуд и фаз. // Письма в ЖЭТФ, 1990, т.51, №5, стр. 252.351

135. Солитоны в действии. Под ред. Донгрена К., Скотта Э. -М.: Мир, 1981, 312 с.

136. Zakharov Y.E., Kuzaetsov Е.А. Multi-scale expansions in the theory of systems integrable by the inverse scattering transform // Physica-1986, v.D18,Nl-3, p.455-463.

137. Mikeska H.L Solitons in one dimensional magnets. II J. AppL Phys. -1981, -v. 52,- №3, p. 1950-1955.

138. Mikeska H.L Solitons in one-dimensional magnet with an easy plane. ¡I J. Phys. C. -1981, -v. 11- № 1, p. L29-L35.

139. Медведев Б.В. Начала теоретической физики. -М:Наука, 1977, 346 с.

140. Тахтаджян JI.A., Фадеев Л.Д. Гамильтонов подход в теории солитонов. -М.: Наука, 1986. 528 с.

141. Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М. Статистическая физика -М.: Наука, 1987. -548с. '

142. Дрюма B.C. Об аналитическом решении двумерного уравнения Кортеве-га-де Вриза.// Письма в ЖЭТФ, 1979, т. 19, стр. 753-757.

143. Бакуров В.Г. Временные асимптотики и гамжльтоновы свойства нелинейных уравнений, интегрируемых методом обратной задачи. Дис. . канд. физ.-мат. наук. Черноголовка, ИТФ, 1990. - с. 93.

144. Бурцев С.П., Затухание колебаний солитона в средах с отрицательным законом дисперсии. //ЖЭТФ. 1985, т.88.

145. Захаров В.Е. Гамильтоновский формализм для волн в нелинейных средах с дисперсией. // Изв. ВУЗ «Радиофизика», 1974, т. 17, N4, е.431-453.

146. Вугмейстер Б.Е., Глинчук М.Д. Кооперативные явления в кристаллах с нецентральными ионами дшюльное стекло и сегнетоэлектричество. // Успехи физических наук. 1985. Т. 146, № 3, стр. 459-492.

147. Фаддеев Л.Д. Обратная задача теории рассеяния // УМН, 1959, т. 14, с.57-89

148. Newell A.C., Redekopp L. Breakdown of Zakharov-Shabat theory and soliton creation, Phys. Rev. Lett., 38, pp. 377-380,1977.

149. H.K. Сидоров Введение в волновую нелинейную оптику. -Саратов, 1991, 264с.

150. Бломберген Н. Нелинейная оптика -М:Мир,1966, 346 с.

151. Bak P., Boefam von J.// Phys. Rev. B.,1980.,v.21, p.5297-5311.

152. Sveleba S., Kapustianik V., Polovinko J., Bublyk M., Styrkowiec R., Czapla Z. Specific sequence of commensurate long periodic regions inside the incommensurate phases If Phys. status solidi. A. 1995. 147, N 1. P.257-266.

153. Sveleba S., Kapustianik V., Polovinko J., Bublyk M., Trybula Z. Physical properties of commensurate domains in the incommensurate phase // Phys. status solidi. A. 1995. 147, N2. P.611-623.

154. Абрагам А. Ядерный магнетизм. M., 1963. 551 с.

155. Камке Э. Справочник по обыкновенным дифференциальным уравнениям. М.: Наука, 1976. 576 с.

156. Справочник по специальным функциям с формулами, графиками и таблицами. -М.: 1979,832 е.,

157. Батанова Н.Л., Голеншцев-Кутузов А.В., Калимуллин Р.И. Возникновение доменной структуры в ниобате лития под действием лазерного излучения. // Изв. РАН, сер. физ. 1998, т.62, X« 2, стр. 384-386.

158. Заславский Г.М. Стохастичность динамических систем. -М.: Наука, 1984. 466 с.215.3аславский Г.М. Статистическая необратимость в нелинейных системах. -М.: Наука, 1970. 426с.

159. Зельдович Б.Я., Пилипецкий Н.Ф., Шкунов В.В. Обращение волнового фронта. -М.: Наука, 1985. 466 с.353

160. Березов В.М., Романов B.C., Балакин А.Б. Исследование затухания звука в многодоменных сегнетоэлектриках в области фазовых переходов методом поляризационного эха. // УФЖ. -1984, -т. 29, №10, -с. 1589-1592.

161. Березов В.М., Романов B.C., Балакин А.Б. Применение метода обращения волнового фронта для акустических исследований структурных фазовых переходов в сегнетоэлектриках. // Кристаллография. -1986. -т. 31, №5, -с. 1022-1025.

162. Fedyanin V.K. Dynamics formfactor of neutron scattering on solitons in quasi-one-dimensional magnetics // Jomal of Magnetism and Magnetic Materials. 1983,31-34. P. 1237-1238.

163. Экситоны / Под ред. Э.А.Рашба, М.Д.Стерджа -М.: Наука, 1985. 616с.354

164. Автор считает своим приятным долгом поблагодарить проф. А.В.Шилышкова за знакомство с экспериментальными данными и ценные дискуссии по физике кластеров поляризации.

165. Особую благодарность автор приносит руководству Центра Финансовых Инвестиций (г. Волжский) в лице С.А.Чекункова, за предоставление вычислительной техники, используемой для получения результатов диссертации.