Спектроскопия комбинационного рассеяния света низкочастотных возбуждений в неорганических стеклах тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.03 ВАК РФ

*ч

мшстерство науки, ВЫСШЕЙ школы и технической политики

российской федерации

московский ордена трудового краскою знамени , физико-технический институт

на правах рукописи УДК 539.213:529.212

Р&гав Александр Петрович

спектроскопия каЕиншошого рассеяния света

низкочастотных возбуждений в неорганических стеклах (01.04.03 - радиофизика)

А'8 1 0РК«ЙР1Т диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

") /

"" Ыосква - 1993

) Ъ / ■ ■}

л/ о1 /

1

/Л''

Работа выполнена на кафедре квантовой радасфигнки Московского физико-технического института.

Научный руководитель накдадвт физико-математических

наук, доцент Денисов Юрий Валентинович

Официальные оплонинта - доктор физико-математических

наук, гл.н.с. Воронько Црий . 1 Козьмич

Ведущая организация - Институт спектроскопии РАН

на заседании специагазиооввнного совета K-063.SI.02 при Московском физико-техническом институте по адресу: Московская обл., г.Долгопрудный, Институтский пер.9.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МФТИ.

кандидат физико-математических наук, в.н.с. Мельник Николай Николаевич

Защита состоится

Автореферат разослан " -4 " С^аулл^.}^ 2

Ученый сектретаръ Специализированного Совета к.ф.-м.н., доцент

С.М.Коршуноз

У

- 3 -

общая характеристика работы

Актуальность темы. Настоящая диссертационная работа посвящена исследованию динамических свойств стеклообразного состояния, связанных с движением характеристических структуокых. группировок, методом спектроскопии спонтанного комбинационного рассеяния 'свата в низкочастотной области спектра 3+300см"1 (9* 101О-9-Ю1 *Гц). Эта область спектра является тем исключительным диапазоном, з котором проявляются аномальные возбуждения в стеклах (избыточные по отношению к возбуждениям в кристаллических фазах аналогичных составов), причем как колебательного так к релаксационного типа.

Природа неупорядоченного конденсированного состояния «свлявтса предметом современных экспериментальных и теоретических раоот. Исследования в этой области позволяют понять процесса, происходящие в новых технологических материалах: аморфных пленках, стеклах, ситаллах, керамике (в том числе и соединениях с высокотемпературной сверхпроводимостью). Фундаментальное значениа этого вопроса состоит также в том, что основные свойства, характеризующие структуру неупорядоченного твердого тела обнаружены в объектах биологического происхоздекия (протеин, гемоглобин) и некоторых кристаллических соединениях.

Имеющиеся в настоящее время научние данные, позволяют утверкдать, что аномальное поведение физических свойств стекол обусловлено -гремя типами движения частиц (элементов) структуры -атомов, груш атомов. Это тепловые колебания, обратите и необратимые структурные релахсаиди. И если в исследовании низкотемпературных (Р£10К) обратимых релаксаций, связанных с туннельными переходами частиц достигнут прогресс в том числе и в теоретическом плане , то структурные релаксации в области

промежуточных температур не имеют полного описания. Более того в настоящее время не существует единого теоретического подхода для интерпретации колебательных и релаксационных движений частиц структуры стекла и велико число всевозможных частных

моделей.

Существуют принципиальные трудности при исследовании стеклообразного состояния. Хотя точно известен состав стекла, как правило, . для конкретных структурных величин не наблюдается дискретного значения, а устанавливается их статистическое распре пишете (например, распределение углов мостиксвого атома кислорода в оксидных стеклах). Для интерпретации реальних процессов в стекле не существует безусловного "идеализированного" приближения (каким является в кристаллах понятие трансляционной инвариантности

в расположен™ атомов). Регистрируемые в эксперименте данные часто обусловлены несколькими различными физическими причинами (в низкочастотном комбинационном рассеянии света (КРС) происходит взаимное наложение релаксационного и колебательного спектров). Существуют специфические свойства, зависящие от состава стекла: структурная гетерогенность, сегрегация ионов активаторов, полищелочной эффект и др. Экспериментальные метода имеют ограничения (в низкочастотном КРС - это ограничения диапазона в область низких частот, связанные с рассеянным светом, проблема энергетических измерений интенсивности рассеяния, в том числе в области критических температур) и поэтому возникаот вопрос адекватного сопоставления результатов разных методов.

По отнопении к происхождению и свойствам низкочастотной колебательной полосы (НЧКЛ), в рздо работ выдвигался тезис об универсальном спектральном поведении в стеклах. Если это так, то должны оить найдены аналитические выражения таких закономерностей и должны существовать общие теоретические подхода для описания структурных движений в стеклах. Наиболее распространенной моделью для интерпретации свойств НЧХП является модель упругого континуума , которая г-'ивлекает макроскопические характеристики структуры стекла (скорость звука) при аппроксимации экспериментальных данных. с другой стороны хорошо известно, что свойства структуры конкретного образца зависят не только от состава, но и, например, от услоеий тепловой обработки ..текла после синтеза (макроскопические характеристики структуры стекла не изменяются, но . изменяются проявления микроскопических характеристик структуры стекла). Поэтому вопрос о зависимости сеойств НЧКП от состава стекла, ее . происхождении, взаимосвязи с характеристическими структурными группировками и возможности полного описания поведения КЧНП во всей области спектра, а не отдельных ее участков оставался открытым.

Изучение проявлений релаксационных процессов в спектрах низкочастотного КРС, а именно, поведение квазиупругого рассеяния света, нуждается в накоплении экспериментальных данных как по объектам исследования, так и по расширению температурного к частотного диапазона экспериментальных наблюдений.

Целью данной работы являлось выяснение основных характеристик движения частиц структуры стекла на масштабах промежуточного порядка (4+400?), проявление таких движений в спектрах низкочастотного комбинационного рассеяния света, -и изучение возможности их теоретического описания.

- 5 -

Научную новизну представляют:

1) первое наблюдение структурности контура низкочастотной плотности колебательных состояния в неорганических стеклах слоюшх составов и установление ее происхождения.

2) Впервые полученные аналитические зависимости спектральных свойств низкочастотной плотности колебательных состояний, которые следуют из уникальной аппроксимации контура низкочастотной плотности колебательных состояний логарифмически нормальным распределением с' одним параметром для стекол простейших составов.

3) Впервые обнаруженные эффекты "критической" опалесцен'дии и изменения низкочастотной плотности колебательных состояний в стеклах для Т«Т .

4) Обнаружение скачка интенсивности квазиупругого рассеяния света для области температуры Т=ЪОК и Г=0.9- выяспенение спектрально, э распределения низкочастотной плотности колебательных состояний и ее паведешля для области Tg в нитратной стеклообразной системе .

Практическая значимость. Представленные в работе результаты исследований зависимости спектральных параметров НЧКП от структуры и состапа стекла позволяют более полно понять природу низкочастотных колебательных возбуждений, когорта обуславливают аномальное поведение низкотемпературной теплоемкости и Теплопроводности стеклообразных материалов, применяемых в квантовой электронике, оптозлектронкке и других областях. Это в полной мере относится и к низкочастотным состояниям релаксационного типа.

Ноьие эВДюкты необратимых низкотемпературных структурных релаксаций наблюдались и на стеклах технологических' составов (щелочноборатшх). Это означает необходимость низкотемпературной стабилизации 1ля оптических стекол, 'используемых в космической, криогенной технике.

Апробация результатов работы, основные результаты работы докл вдвались на ill Всесоюзном симпозиума по спектральным и оптическим свойствам стекол, Ленинград 1989г.; на IV Всесоюзной конференции по спектроскопии КРС, Ужгород 1989; в Физическом институте РАН, институте Общей и неорганической >амии РАН, на научных ЮНфорлтдаях МФТИ в 1984-1992Г.

Публикации, По материалам диссертации опубликовано 3 работ.

Структура и объем диссертации* Диссертация состоит из введения, пяти глав,-заключения, приложения. Ее объем содержит Vffl

стр., в том числе № рисунков, 7 таблиц и список литературы из 193 наименований.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Первая глава представляет обзор литературах дагешх. В первом к втором параграфе рассматриваются процессы аномальных структурных движений релаксационного и колебательного типа в стеклах, третий параграф посзящан рассеянию св-та на возбуждениях такого типа.

Обсуждаются определения' с-"еклообрэзного состояния вещества, процесса стакловаю-я, понятие ;труктурной релаксации. Приводятся экспериментальные данные о релаксационных процессах е'"'силикатных, Ооратных и нитратных стеклах. которые систематизировании в таблицах. Вводился определение ооратишх и необратимых структурных релзксаций. Представлзяы типичные проявления структурных релаксаций. Фактический материал убедительно показывает, что для стеклоообразэвателей в области Г£Т и в области Т«^ существуют проявления сильных релаксационных процессов, в том числе вторичные (р) структурные релаксации (эти, а также низкотемпературные (Г^яйОЯ) структурные релаксацие будут изучаться в данной работе).

Другой исключительной характеристикой. стеклообразного состояния »шляются низкочастотные колебательные возбуждения. Рассматривается сравнения колебательного спектра кристалла и стекла, обсуждается понятие квазиупругого россеяния света.

Метод низкочастотного КРС позволяет получать информацию как о колебательных (НЧКП) так к о релаксационных процессах (квазиупругоо рассеяние света). Основные результата метода по исследованию этих процессов в стеклах на момент постановки данной работы приведены в таб.тацах.

В заключение главы формулируются задачи диссертаций онной работа.

1. Исследование низкочастотной платности колебательных состояний е неорганических стеклах.

Выяснение общи закономерностей поведения низкочастотной плотности колебательных состояний (3-300см"1). Выявление особенностей поведения НЧКП (низкочастотной плотности колебательных состояний) в зависимости от химического состава (анионного мотива, типа и концентрации модификатора) и п особенностей структуры, тепловой предистории и условий синтеза, от значения температура стеклования в ряду одно-, двух- и трехкомшнен'пг'х стекол.

2, Исследование квазиупругого рассеяния света. . Вияананай ооиси :аксиоме рностей поведения интенсивности

о

квазиупругого рассеяния света в неорганических стеклах, . Выявление особенностей спектрального и температурного поведения интенсивности квазиупругого рассеяния света для одно-, двух- и трехкомпонентных стекол. .

3. Анализ существующих теоретических моделей для наиболее полного описания свойств спектра низкочастотной плотности колебательных состояний и квазиупругого рассеяния света в неорганических стеклах.

4. Создание экспериментальной установки для изучения спектров низкочастотного КРС в .неорганических стеклах, разработка методики измерений.

Во второй главе описана экспериментальная установка, методика я условия проведения измерений. Представлены оптическая и электрическая. схемы установки, приводятся характеристики спектрального прибора. В двух таблицах представлена информация об исследованных образцах.

В Третьей главе рассматриваются результаты изучения спектральных характеристик НЧКП в зависимости от состава и структуры стекла при постоянной температуре (Г=300К). На примере оксидных систем изучается влияние последовательного изменения состава от простейших (одаокомпонентных) к многокомпонентным (трехкомпонентным) стеклам и внутри двухкомпонентных и трехкомпонентных систем.

Экспериментальные данные по свойствам НЧКП обсуждаются в трех аспектах. Первый - это анализ соответствий мезду поведением параметров НЧКП (форма, спектрального контура, значение положения максимума т , ширины ноктура на полуЕысоте ли, значение интегральной интенсивности спектрального контура НЧКП) и поведением макроскопических характеристик структуры стекла (в основном, значения Т и. vt). Второй аспект - это зависимости мезду спектральными параметрами НЧКП. Третий аспект - это анализ зависимостей между параметрами НЧКП и параметрами, характеризующем микроскопическую структуру стекла (типы и. соотношение характеристических структурных группировок, их проявление в спектрах внутренних колебаний при изменении состава- и структуры стекла).

В первом . параграфе этой главы рассматриваются однокомбЬнентные оксидные стекла 310,, В20}, йеОг, халькогенидные Аа£ , фторбериллатные ВР2. Данные, представленные в виде графиков позволяют наблюдать закономерности всех трех аспектов: во-первых, выполнение монотонных зависимостей между макроскопическими

параметрами структуры стекла и параметрами НЧКП; во-вторых, о выполнении линенйной зависимости . между параметрами НЧКП (Л®=1.Э*е>0), подобии спектрального контура НЧНП для одиокомпонентных стекол.

Во-втором параграфе рассматриваются двухкомпонентнне стеклообразные системы целочноооратных и щелочнофосфатных составов где оойо.з и С20)х(Рг05),^, где о.кйо.б, Х=Н,.,.,Сз - обозначает щелочная катион. Представленные данные показывают, что монотонные соответствия между параметрами НЧКП и макроскопическими характеристиками структурны стекла нарушаются в целочноборгтных стеклах при »аз.г.

Соответствия других типов при этом выполняются: монотонные зависимости между параметрами НЧКП и параметрами, характеризующими микроструктуру стекла (относительное изменение числа характеристических структурных группировок, поведение спектральных линий валентного етлеоанил атома кислорода); сотвэтствяя между параметрами )!ЧКП (зависимость да^ьэ-а^, подобие спектрального контура).

Для щелочнофосфатных стекол отмечается сложная форма спектра в области НЧКП.

Итак, в двухкомпонентных (одноцелочних) системах по сравнению с однокомпонентшши нарушается соответствие мехду поведением макроскопических характеристик структуры и поведением параметров НЧКП. В "полимерных" стеклах наблюдается сложная фэрма спектра НЧКП. Тем не менее соответствия третьего аспекта (мезду микроскапичесними характеристиками структуры и параметрами НЧКП) выполняются. Однако, монотонная тенденция этих соответствий меняет знак при последовательной замене типа щелочного катиона К. Поэтому далее приводятся результаты подробного исследования трехкомпоненгкых систем, следующих составов: двухщело'чных оксидных

боратных íi'zí>VД20'>o.э-ífa2íVo.7, ГД9 о^-з« Фосфатных (ЧгО)х(ЯгО)0ш5.х(РгО^)0^, где ' о.к*£о.5, И,й- обозначают разноименные щелочные катионы; нитратных стекол Са,К<ЯО})у

При исследовании НЧКП в двухщелочных боратных стеклах была установлена структура спектрального контура НЧКП в виде двух максимумов в области ю=22+65см~' зависящих: от состава стекла (6]. Из рассмотрения систем стекол с парами катионов Се: 1С, Ш:К

и Ка:А~1 сделана выводы о теп, что структурность НЧКП не является проявлением полщелочного эффекта, а есть проявление аддитивности НЧКП, завясице2 оз состава (т.е. структуры) многокомпонентных стекол (рис."П..

1.3 З.В 4.3 ГС*

Рис.i. Разложение колеоателъяого контура НЧПКС

трохкомпонеитаэго стекла (Сзг0)х(Иг0)^ составляющие

соответствующих однощелочных стекол. 1- »«о.си, у*о.и-. 2- «=о, r»o.3í 3- у^о.04; 4- разность 1-2 , ££Э

a.s v.a ».• í»«J

Рис.2- Низкочастотный деполяризованный коотзе'атедъный спектр В£г (I) и аппроксимация:

(2) I fvJ=(n(wM 1 )-т-ехр1-{1п(и>/м0)}*]

(3)> I (w)=(n(w)+1 )г

h V 1

(4)* I (w)=(n(v)+l)v2-sxp!-ít;/iiJj]

hv ^

(5)*» I (w)=<n(v»+u-w ■ Oiv/v^expC-lpv/v^J+Eezpi-ips/vJ2}} Malinovskj V.K. .Sokolov A.P., Solid State Cooniuri. ,1SSS,57,757 Martin A.J-.Brenin^ W., Phys.Status SoLi<li.B,19?4,64-,163

При изучении многокомпонентных "полимерных" стекол - фосфатных и нитратных установлено, что сложная спектральная форма НЧКП в таких стеклах обусловлена строением анионного . мотива и в общем случае состоит из двух широких полос с максимумами в ооласти

ш =3050ем"1 и =70+150см"1.

01 02

Итак, после изучения трехкомпонентшх стекол установлено, что наиболее устойчившы являют -я соответствия между поведением ларьметров НЧКП и микроскопических структурных характеристик стекла. Цростые аналитические закономерности между спектральными параметрами НЧКП выполняются только для простейших стекол.

Далее в Гл.3.3 обсуадаются возможности описания эксперимента в рамках наиоолое разработанных теоретических моделей упругого континуума (рис.2 ) и Фрактальной модели. Сделаны выводи о

том, что физически наиболее адекватная концепция для описания спектра колебательных состояний в стеклах залскзна в модели локализованных осциляторов Эйнштейна-Шлака-Лола . Однако, в этой модели для описания плотности колебательных состояний использовалось внракения на основании приближения Дебаевского поведения низкочастотной плотности колебательных состояний яс<1>)^Ц)2. Такое приближение противоречило эксшрименталышм данным для стекол с' одной стороны и но позволяло учесть несфазированность неодинаковых осцилляторов. Поэтому расчетные выражения в рамках такой модели для колебательной части низкотемпературной теплопроводности не отражали особенности в области У-ЮХ (рис.3). Эти проблемы были разрешены при установлении аналитического поведения 8(ю) в неорганических стеклах, синтезированных из рр'Ш.пава.

Форма спектра НЧНП и низкочастотной плотности колебательных состояний удивительные образом (рис.2) описывается логарифмически нормальнш распределением (ЛНР) [7] в виде:

1-^С-((2аг1п(ь. ш^))2} для всей области спектра, которое обладает следующими свойствами:

I) для любой степенной фунхцш ю", где Р- действительное число, произведение _ является ЛНР с параметром

Это позволяет при анализе спектров НЧКП не делать особых ("ушдаяЕй о поведении квадрата матричного элемента (¡¡^т)

.' Прк условии С1зегу>»р (такие зависимости со значением р=1 и 2 приводятся ч Оольоезнствэ исследований) функции вида С, также должены удовлетворять ЛНР.

I«)

'¿) ЛНР аппроксимирует низкочастотную плотность колебательных »

состояний прстейших стеклообразных, систем во всей спектральной области т <ж^6'1<0 при изменении единственного параметра и>0, имеющего физический смысл - значение положения максимума НЧКП (ш =20см*1 в Б10г). Получено значение дисперсии аг-0.5 и слодует аналитическое выражение для ширкни контура низкочастотной плотности колебательных состояний г(х((1т\2)'л]ы0-1.86-и>д.

ЛКР для низкочастотной плотности колебательных состояний приводит к правильной асимптотике при им О.

3) Интегральная интенсивность НЧКП (II (им ) с точностью до постоянного множителя А определяется выражением:

II Лю)=А^етр(-Ые }<3ш, и приводится к интегралу вероятности 1 л ¥,

с пределами интегрирования, зависящими от ш : »г <.0)

11 (ш)=1 .'¿^А'Ю 'Г егр(-г2)Ог, где

3 «'»V

4) Если предположить. что энергия связи характеристических структурных группировок с окружением уменьшается при увеличении их характерного размера х как то для частоты осциллятора можно принять «м"', где действительное число и из спектральной формы плотности колебательных состояний g(»j мы приходим к функции ЛНР распределения для размеров характеристических структ.урных группировок:

где ов=о/а. Данные независимого подсчета размеров частиц случайного роста показывают, что их размеры удовлетворяют логнормальному распределению.

Использование в модели Эйнштейна-Шлака-Пола приближения логнормального' распределение для аппроксимации низкочастотной плотности колебательных состояний позволяет на только автоматически учесть пределы интегрирования при расчете низкотемпературной теплоемкости, но и получить сюлеэ близкое совпадение С' экспериментальными данными для колебательной части низкотемпературной теплопроводности стэкол (зависимость 4 ■ на рис.Ь).

В Гл.З также приводятся данные исследования НЧКП в образцах стеклообразного кварца, подвергнутых различной температурной обработке; приводятся данзшо поведения интенсивности тл гатэгральной, интенсивности НЧКП в пределах трехкомпонентной щедочноборатной' системы. В приложении 3.3 представлены данные поведения нвазаупруго, рассеяния света в пределах трехкомпонентной щелоч:£осоратноЯ системы; приведены- литературные данные о харэктврнс?:-г-:эс-ких структурных группировках, для изучаемых стекол.

, т к

Рис.3 Экспериментальные значения теплопроводности Л для стекол Si02 (I) и Ca,K(iiOJJ3 (S) [«); расчетные значения для Slü2: К , [•») (3) и в юдоли локализованных осцилляторов неодинаковых

nin

размеров с логнсраалъгаш распределением собственных частот (4).

Cahil J5.G. and Pohl R.O. Phy3.Rev.B,1987,35(8).4067-4ОТЭ. «« Cahil D.G. and Pohl R.O. Solid State Conmun. ,1989,70(10) ,927-93

Рес. Ц.С. Згнясихост- от времени и температуры наблюдаемых изменений в поляризованной компоненте Ih4/to[n(w,T)+11 линии 1050см"' в стекле Са.к,(И0,)3 -1; и лиши !у=770см_1в стекле (1'1г°)0,ъ(вг°3)0,7 ■ Зависимость температуры образца от времени в ходе эксперимента -3.18 т

гш

S.8 Э.6 5.4 tTCxJ

Рис. Ч,- а) Деполяризованные спектры интенсивности НЧКРС и б) приведенной интенсивности е нитратном стекле г течение первого цикла охлавдения-нагрэваняя при температурах: 1,1- 30QK; 2,2- JOOK; 3- 70S.; 4- 50К; 5,5- 251; 6,6- UK.___

Четвертая глава посвящена изучению поведения низкочастотных состояний в области температур на примере щелочноСоратных и нитратных стекол. Полученные спектры дают количественную информацию о поведении интенсивности низкочастотных возбуждений колебательного (НЧКП) и релаксационного типа (квазиупругое рассеяние света).

Приводятся данные о наблюдении новых низкотемпературных (Г«^) аффектов "критической" опалесценции и изменения низкочастотной плотности колебательных состояний 18]. Было установлено, что при проведении первого цикла низкотемпературного охлаждения-нагревания (1Ш 1^300К) в области Т^ЬОК происходит помутнение образца во всем его объеме. Прозрачный при наблюдении в видимом свете, образец в таком состоянии напоминает "молочное" стекло.

Значительно возрастает интенсивность упругого рассеяния света (•^103,10*раз соответственно, для щелочноборатного и нитратного стекла) (рис.4с ). В условиях применяемого температурного режима помутнение устойчиво наблюдалось при нагревании образца и достижении температур Г=5070К. Помутнеиие исчезало (практически полностью востанавливалась оптическая прозрачность) при дальнейшем нагревании и достижении Те170, 250К . соответственно, для щэлочноборатного и нитратного стекла. Были оценены характерные времен* возникновения (чь=103с) и исчезновения (тв=105с) помутнения. ь

В наотожженных образцах нитратных стекол помутнение возникало в области Г=50К еще при охлаждении образца, а восстановление прозрачности происходило также при нагревании в области Г=250А.

Другой новый эффект состоял в том, чго для всех исследованных образцов нитратных стекол во время первого цикла низкотемпературного охлаждения-нагревания при охлаждении образца ниже Г=50Я наблюдается изменение формы спектра низкочастотной плотности колебательных состояний в области 10*ас£200см~1 (рис.4Й-При последующем нагревании НЧКП не изменяется. Интеграл от изменения низкочастотной плотности колебательных состояний достигал 10% для отожженных образцов и 30% для неотоаженных образцов нитратных стекол.

Установленные временные и температурные характеристики дали основания для отнесения наблюдаемых эффектов к проявлениям структурных релаксаций, однократность наблюдаемых эффектов позволяет говорить о необратимом характере таких структурных релаксаций. Предложена модель необратимых релаксаций структурных дефектов переключения связи, обуславливающих такие явления.

По результатам проведенных исследований установлено гармоническое поведение (п(т,Т)+1) интенсивности НЧКП при изменении температуры (Т<Т ) в стабилизированных свеклах (т.е. сохраните спектральной формы логнормального распределения иди суммы двух логаормалышх функций).

В нитратных стеклах установлен скачок интенсивности квазиупругого рассеяния света в области температур Т 50К (рис.5). Для количественной интерпретации необходимы д&шше о поведении квазиупругого рассеяния спета в области , результат!, таких исследований сообщаются в главе 5.

В этой главе приводятся результаты исследования поведения НЧКП и квазиупругого рассеяния света в области на примере нитратных стекол.

|<«М) №Ш

•.В

Ш ЗМ -4(1 Т [ К ]

Рис.5. Поведение, деполяризованных приведенных интеноивностей

НЧКРС в нитратном стекле для фиксированного значения частоты: I-

«КЕвОсм"1; 3- и^КОсм"1; гОаГ1. Штрих пунктирная линия

игпчг-голирует гармоническую температурную зависимость (п(ю,Т)+и. ^(Интенсивности НЧПКС на для криво» Атакой ям как к для

Остановлено, что в области KT интенсивность рассеяния света .

низкочастотными колебательными состояниями на фиксированной частоте

претерпевает сначала некоторй подъем (10S по отношению к значениям

для Т«Т^), а затем спад (рис.5>. Интенсигчость квазиупругого

рассеяния света на фиксированной частоте в области ísí^ проявляет

значительный скачок (&С№ от значения при ï'«î ), а затем выход на

е

плато при Т^Т . Анализ данных релаксациошшх процессов в нитратних стеклах позволил отнести скачок интенсивности qels к проявлению вторичных структурных релаксаций, обусловленных движением щелочных катионов, при сохранении структуры характеристически*./группировок. Поэтому для интерпретации псвед.яия qels во всей области температур (два скачка интенсивности QHS) была применена модель обратимых структурных релаксаций. В рамках атой модели, используя сложную функцию распределения потенциалов структурных дефектов в виде суммы двух гауссовых кривых, при одних и тех же подгоночных параметрах было получено удовлетворительное описание как температурного поведения интенсивности, так и спектральное поведение квазиуиругого рассеяния света в всей области температур TíT^.

. основше результаты и вывода.

1. Впервые получеш аналитические выражения для спектрального

поведение низкочастотной плотности колебательных состояний

простейших стекол, которые следуют из удивительной аппроксимации

низкочастотной плотности колебательных состояний логнормальномым

распределением g(w)=[ov>0(2%//2]-»t¡>í-((2Qi!)~1/!- ln(b>/v>Q)}2] с

ог-0.5 в пирокой области спектра (0<чхб*ш0). Выракение для ширины

спдктрального контура низкочастотной колебательной полосы

hn^2 ähl(1п2)лп] ■ !i>q-I .B6-ito> зависит от одного, параметра и0 -

положения максимума низкочастотной колебательной полосы. Выражение

для интегральной интенсивности приводится к интегралу

вероятности с пределами интегрирования, зависящими от w :

12("о> г II. .(и0=1.28-/-ш »«¡»HOCfc,

где ■ Зависимости установлены в стеклах

стабилизированных составов для области температур Т<Т .

2. Впервые наблюдалась структура низкочастотной колебательной Оюлосы в сложных щелочнобератных стеклах . Выяснено, что в этом

случае спектральная зависимость низкочастотной плотности ■ колебательных со.-таяний является словник контуром, зависящим от состава и структуры стекла. Показана возмоююсть его разложения на контура соответствующих однощелочннх стекол, каздий из которых

- 17 -

удовлетворяет логнормальному распределению.

3. Установлена независимость интегральной интенсивности

низкочастотной колебательной полосы от состава стекла в пределах

двухщелочной Сз:11 боратной. системы. Прл этом происходит

монотонное изменение амплитуда интенсивности низкочастотной

колебательной полосы значения в такой системе лежат в

области 22siy 570см"1. о

4. Показано, что интерпретация поведения низкочастотной колебательной полосы при изменении состава и структуры стекла наилучшим образом описывается в модели ЭЯнптейна-Шлака-Пола при использовании логнормального распределения. для плотности низкочастотных колебательных состояний.

5. Впервые обнаружены: низкотемпературная "критическая" опалесценция, изменение низкочастотной плотности колебательных состояний и низкотемпературная стабилизация структуры стекла при Т«Т .Предложена модель структурных дефектов переключения связи для объяснения этих явлений.

6. На примере нитратных стекол исследовано поведение низкочатотных возбуждений в области стеклования и Ts" . Найдено, что в стабилизированных стеклах низкочастотная плотность колебательных состояний не изменяется при повышении температуры до Т=О.ЭТ . В.области температур TiTg изменение спектрального контура низкочастотной плотности колебательных состояний обусловлено разрушением структурного каркаса стекла при TïT . Впервае в этих стеклах изучено поведение квазиупругого рассеяния света в области З-даООсм"1. Температурное и спектральное поведение квазиупругогс рассеяния света удовлетворительно описывается в модели обратимых релаксаций структурных дефектов.

7-. Разработана и использована методика регистрации спектров к относительных интенсивностей низкочастотного КРС неорганических стекол в широкой области температур, включая Г .

основное содержание диссертации опубликовано в следующих работах:

. I. Денисов Ю.В., Рылез А.П. Спектральные проявления релаксационных процессов в нитратных стеклах /Труда XIII конф. молодых ученых МФТИ, 1988г.,41,с.95-99.

2. Дею{ров D.S., Ивашшкий В.А., Рылев А.П. Низкочастотное комбинационное рассеяние в щелочных боратшх стеклах /vir Всесоюзный симпозиум "Оптические и спектральные свойства стекол", Ленинград,IS89,с.195

3. Денисов Ю.В. .Зеленцова В. A., Pu л етз А. П. Структурно-динамическая

- 18 -

неупорядоченность в нитратных стеклах и ее спектральные проявления /vil Всесоюзный симпозиум "Оптические и спектральные свойства стекол", Ленинград,1989,с.180

4. Денисов Ю.В., Парамонова H.A., Рылев А.П. Особенности спектров НЧ KFC в фосфатных стеклах/iY Всесоюзная конференция по спектроскопии комбинационного рассеяния света, Красноярск 1989г.,41.с.226-227

5. Денисов Ю.В., Зеленцова В.А., Рылев А.П. Изменения спектров H4KÎC при переходе стекло-расплав /Vf Всесоюзная конференция по спектроскопии комбинационного рассеяния света, Красноярск 1Э8Эг.,Ч1,с.228-229.

6. Денисов Ю.В., Артамонова N.B., Петрова Т.Н., Рылев А.П. Поведение плотности колебательных состояний в стеклообразных системах //Письма .в ЮТФ, 1990г.,т.51(12),с.647-650.

7. Денисов Ю.В.,Рылев А.П. Частотная зависимость плотности колебательных состояний в стеклах - логнормальное рапределение //Письма в КЭТФ,1990г.,Т.52(7),с.1017-1020.

§. Денисов Ю.В..Кириленко И.А.,Маврин Б.Н..Подобедов В.Б.,Рылев А.П., Опалесценция при .низкотемпературна структурных переходах в неорганических стеклах //Письма В ЮТФ,1992г.,т.55(2),с.121-124.

Подписано в печать

Формат 60x90 '/16. Бумага писчая. Печать офсетная.

Усл. печ. л. Уч.-изд. л. Тирах /ООэкз.

Заказ * /А^ц Бесплатно

Ротапринт МФТИ

141700 Московская обл., г.Долгопрудный, Институтский пер.,9