МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ

ЛЬВІВСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

ІМЕНІ ІВАНА ФРАНКА

ФІЦИЧ

ОЛЕНА ІВАНІВНА

УДК 537.94; 548.0:535

ПРОЯВИ НАДСТРУКТУРИ

В ОПТИЧНИХ ВЛАСТИВОСТЯХ КРИСТАЛІВ ТЕТРАМЕТИЛАМІН-ТЕТРАХЛОРМЕТАЛАТІВ

01.04.10 – фізика напівпровідників і діелектриків

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата фізико-математичних наук

Львів – 2007

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана на кафедрі нелінійної оптики

Львівського національного університету імені Івана Франка

Міністерства освіти і науки України.

Науковий керівник доктор фізико-математичних наук, професор

Половинко Ігор Іванович,

Львівський національний університет імені Івана Франка, завідувач кафедри нелінійної оптики, декан факультету електроніки

Офіційні опоненти: доктор фізико-математичних наук, професор

Сливка Олександр Георгійович Ужгородський національний університет, завідувач кафедри оптики, проректор з навчальної роботи

доктор фізико-математичних наук, професор

Романюк Микола Олексійович, Львівський національний університету імені Івана Франка, професор кафедри експериментальної фізики

Захист відбудеться “ 21 ” листопада 2007 року о 1530 год на засіданні спеціалізованої вченої ради Д .051.09 у Львівському національному університеті імені Івана Франка за адресою 79005 м. Львів, вул. Кирила і Мефодія, 8, Велика фізична аудиторія.

З дисертацією можна ознайомитися у Науковій бібліотеці Львівського національного університету імені Івана Франка за адресою
79005 м. Львів, вул. Драгоманова, 5.

Автореферат розісланий “ 16 ”. жовтня 2007 року.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради,

професор Павлик Б. В.

Загальна характеристика роботи

Актуальність дисертаційної теми. Численні експериментальні й теоретичні дослідження засвідчили, що одним з важливих завдань фізики напівпровідників і діелектриків є пошук нових явищ і матеріалів, властивості яких перспективні для практичного використання в разі індикації фізичних полів, генерування і перетворення електромагнітних коливань і хвиль, запису, опрацювання й перекодування інформації. Особливу увагу тут традиційно приділяють пошуку нових поліфункціональних матеріалів квантової електроніки. Додаткова обставина, яка зумовлює інтерес до кристалічних діелектриків, – нелінійні властивості багатьох з них і фазові перетворення, які приводять до станів з високою чутливістю до зовнішніх дій.

Останніми десятиріччями сформувався новий науковий напрям, пов’язаний з вивченням речовин із періодичною модульованою структурою, у тому числі з малими просторовими періодами модуляції, наприклад, співмірними довжині світлових хвиль або й нанометрів. Зазначимо, що донедавна два напрями – фізика анізотропних матеріалів і фізика надструктур – переважно розвивалися окремо. З огляду на це, поєднання обох напрямів з урахуванням явищ просторової дисперсії в анізотропних модульованих кристалах є актуальним для фізики напівпровідників і діелектриків.

Підвищена чутливість модульованих структур до зовнішніх впливів дала змогу запропонувати низку функціональних пристроїв на базі сегнетоелектричних кристалів, серед яких – піроелектричні датчики і приймачі, електромеханічні перетворювачі, оптичні модулятори і дефлектори, пристрої візуалізації зображень, опрацювання і збереження інформації (сегнетоелектричні комірки пам’яті). Зростання потреб мікроелектронної промисловості стимулюють дослідження вже відомих і пошук нових сполук з модульованими структурами, для отримання матеріалів, перспективних у практичному застосуванні. Стрімкий прогрес у цій галузі зумовлений, насамперед, використанням сучасних експериментальних методів і розробкою нових теоретичних підходів.

Сьогодні розроблено фізичні моделі для пояснення динаміки модульованої структури і запропоновано методи розрахунку її внеску в оптичні характеристики. Вони є важливими для оптоелектронного матеріалознавства і функціональної електроніки, в тому числі для пошуку ефективних поліфункціональних матеріалів.

Матеріали з неспівмірною надструктурою привертають увагу з кількох аспектів:

по-перше, за умови наближення сили взаємодії між солітонами до сили взаємодії дефект-солітон неспівмірну фазу можна розглядати як послідовність метастабільних станів; у разі рівності цих сил відбувається перехід з неоднорідного стану в однорідний зі зникненням солітонної структури;

по-друге, в неспівмірній фазі виявлено новий стан неспівмірно модульованої структури, визначений суперпозицією декількох хвиль модуляцій в одному кристалографічному напрямі;

по-третє, у разі поширення світла не в напрямі осі модуляції простежується внесок хвильового вектора неспівмірної структури в зміну оптичного двопроменезаломлення, а в вздовж осі модуляції – внесок зміни фази модульованої структури;

по-четверте, існування просторової дисперсії спричинює низку якісно нових ефектів, які визначають за допомогою співвідношення d/, де d – період надструктури; – довжина світлової хвилі.

Останнім часом увагу дослідників і практиків привертають матеріали з штучною або природною модульованою структурою, що активізувало зацікавленість ефектами просторової дисперсії та симетрійними аспектами кристалофізики, оскільки такі ефекти були виявлені у модульованих структурах усупереч забороні за симетрійними ознаками.

Сьогодні є велика кількість теоретичних розробок, що пояснюють властивості неспівмірних фаз. Вони ґрунтуються як на феноменологічній теорії, так і на мікроскопічних моделях. Зокрема, теоретично передбачено, що еволюція неспівмірної хвилі модуляції за умови змін температури може відбуватися через проміжні довгоперіодичні співмірні стани, де співвідношення довжини хвилі модуляції до параметра кристалічної ґратки є числом раціональним. Однак досі не вистачає експериментальних даних, за допомогою яких можна було б перевірити теоретичні припущення і вказати напрями розвитку досліджень еволюції хвилі структурної модуляції.

Звичайно, динаміка неспівмірної структури неодноразово привертала увагу експериментаторів. Досліджували її з застосуванням методик ЕПР, ЯКР, рентгеноструктурного аналізу, розсіяння нейтронів, діелектричних та деяких оптичних вимірювань.

Водночас багато явищ і процесів у неспівмірних фазах потребують свого поглибленого вивчення та пояснення. Це, зокрема, стосується тих ефектів, які визначені співвідношенням d/.

Зв’язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Робота виконана у лабораторії фізики фазових переходів кафедри нелінійної оптики Львівського національного університету імені Івана Франка в рамках робіт за проектами Фо-95Б “Термохромні та неспівмірні фазові переходи у фероїках” (номер державної реєстрації 0101U001426), Со-227Ф “Просторово-модульовані стани у фероїках” (номер державної реєстрації 0104U002133), Со-107Ф “Еволюція модульованої структури у фероїках і споріднених матеріалах”.

Мета роботи полягає у визначенні закономірностей поширення електромогнітних хвиль видимого діапазону у неспівмірній фазі кристалів тетраметиламін-тетрахлорметалатів, що передбачає виконання таких завдань:

·

·

·

·

Об’єкт дослідження – кристали [N(CH3)4]2CuCl4, [N(CH3)4]2 FeCl4, [N(CH3)4]2ZnCl4.

Предмет дослідження – просторово-модульована надструктура та її прояв у температурно-часових ефектах у неспівмірних фазах.

Досягнення поставленої мети забезпечено використанням таких прецизійних та апробованих методик дослідження: приросту оптичного двозаломлення методом Сенармона, залишкової інтенсивності, малокутового розсіяння світла, повороту оптичної ідикатриси. Температуру контролювали і стабілізували за допомогою автоматизованої системи. Аналіз отриманих даних виконано на підставі феноменологічної теорії з використанням числових методів та за допомогою стандартних комп’ютерних програм.

Наукова новизна полягає в оригінальності головних результатів дослідження, а саме:

· експериментально доведено та чисельно обгрунтовано, що оптичні ефекти зумовлені надструктурою і визначені співвідношення d/;

· виявлено дифракцію світлового променя на періодичній структурі, що утворюється внаслідок суперпозиції просторових хвиль модуляцій за умов d>;

· визначено, що за умови d<< деформація оптичної індикатриси в неспівмірній фазі зумовлена впливом руху солітонної гратки на швидкість поширення світла вздовж осі модуляції;

· з’ясовано, що прикладання електричного поля вздовж осі модуляції зумовлює зміну періоду надструктури, а в напрямах перпендикулярних до неї, – зміну періоду надструктури й амплітуди параметра порядку.

Практичне значення одержаних результатів.

Досліджені фізичні властивості кристалічних структур з неспівмірною модуляцією відкривають широкі можливості для їхнього практичного застосування у поліфункціональних пристроях квантової електроніки, зокрема, як високочутливі давачі радіаційного стану навколишнього середовища, для створення дифракційних ґраток з керованим періодом та ін.

Результати цієї роботи використовують у лекційному матеріалі та під час проведення лабораторних робіт зі спецкурсів “Оптико-спектральні методи контролю”, “Комп’ютери в оптико-фізичних дослідженнях”, “Проблеми фізики фероїків”, “Кристалофізика”, “Параметрична кристалооптика”.

Особистий внесок здобувача. Дисертаційна робота є результатом досліджень, проведених автором на кафедрі нелінійної оптики Львівського національного університету імені Івана Франка.

Під керівництвом професора І. І. Половинка та спільно з провідним науковим співробітником С. А. Свелебою вибрано напрям досліджень, поставлено ключові завдання, а також обговорено низку результатів.

Спільно з провідним науковим співробітником С. А. Свелебою та науковим співробітником І. М. Катеринчуком отримано кристали [N(CH3)4]2МеCl4 (Me = Cu, Fe, Zn) з водних розчинів.

Разом з провідним науковим співробітником С. А. Свелебою та науковим співробітником І. М. Катеринчуком виконано автоматизацію методу Сенармона.

Більша частина температурних, часових та польових досліджень оптичного двозаломлення та залишкової інтенсивності в досліджуваних кристалах виконана самостійно. Разом з провідним науковим співробітником С. А. Свелебою зроблено феноменологічні розрахунки та числовий аналіз температурних залежностей двозаломлення та залишкової інтенсивності.

Завдяки використанню сукупності експериментальних даних автор з’ясувала природу ефектів, які визначені співвідношенням d/л.

У спільних публікаціях, що відображають головні результати дисертації, внесок автора переважає і полягає в такому:

· для статей [1, 5, 6,] – у формулюванні завдання; проведенні експерименту; аналізі та інтерпретації отриманих результатів; участі у написанні статей;

· для статей [2, 3, 4, 7] – у формулюванні завдання; проведенні експерименту за участю співавторів; аналізі та інтерпретації отриманих результатів; написанні статей;

· для праць [9, 11, 17, 19] – у формулюванні завдання; проведенні експерименту за участю співавторів; аналізі, інтерпретації, наведенні отриманих результатів; у написанні праць;

· для праць [8, 10, 12, 20] – у формулюванні завдання; проведенні експерименту за участю співавторів; аналізі та інтерпретації отриманих результатів; написанні праць;

· для праць [13, 15, 18] – у формулюванні завдання; проведенні експерименту за участю співавторів; аналізі отриманих результатів.

· для праць [14, 16] – у формулюванні завдання; проведенні експерименту за участю співавторів; аналізі отриманих результатів.

Апробація результатів дисертації. Результати досліджень, викладені у дисертації, виголошено на VI міжнародному семінарі з фізики і хімії твердого тіла ISPCS‘2000 (Львів–Любінь-Великий, Україна, 2000); Міжнародній конференції студентів та молодих науковців з теоретичної та експериментальної фізики ЕВРИКА-2001 (Львів, Україна, 2001); VIII Міжнародному семінарі з фізики та хімії твердого тіла (Львів, Україна, 2002); міжнародній науковій конференції “Каразінські природничі студії” (Харків, Україна, 14-16 Червня 2004); Dimensionality effects and non-linearity in ferroics (Lviv, Україна, 2004); Ювілейній науковій конференції, присвяченій 25-річчю кафедри нелінійної оптики (Львів, Україна, 2004); Міжнародній конференції студентів та молодих науковців з теоретичної та експериментальної фізики ЕВРИКА-2004 (Львів, Україна, 2004); ІІ Українській науковой конференції з фізики напівпровідників (Чернівці – Вижниця, Україна, 2004); XI th International seminar on physics and chemistry of solids ISPCS’05 (Zloty Potok, k/Czestochowy, Polska, 2005); Міжнародній конференції студентів та молодих науковців з теоретичної та експериментальної фізики ЕВРИКА-2005 (Львів, Україна, 2005); Всеукраїнському з’їзді “Фізика в Україні” (Одеса, Україна, 2005); 3rd International Conference “Physics of Disordered Systems” (Gdansk-Sobieszewo, Poland, 2005); 12-му Міжнародному семінарі з фізики та хімії твердого тіла (Львів, Україна, 2006).

Публікації. За матеріалами дисертації опубліковано 20 наукових праць, з яких 7 – статті у реферованих журналах та 13 праць у матеріалах і тезах конференцій.

Структура й обсяг дисертації. Дисертаційна робота складається зі вступу, п’яти розділів, висновків та бібліографії. Загальний обсяг дисертації 161 сторінка машинописного тексту, 46 рисунків і одна таблиця (машинописного тексту основної частини дисертації – 132 сторінки). Бібліографія містить 180 найменувань.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ ДИСЕРТАЦІЇ

У вступі обґрунтовано актуальність теми дисертації, сформульовано мету і завдання роботи, новизну і практичне значення отриманих результатів, наведено інформацію про опублікування результатів дисертаційного дослідження та особистий внесок здобувача.

У першому розділі розглянуто головні уявлення про неспівмірні фази, солітонну картину фазового переходу, метастабільні стани, стохастичний режим, поширення електромагнітних хвиль у неспівмірній фазі (лінійний випадок).

На підставі феноменологічного опису неспівмірної фази доведено, що анізотропний доданок у термодинамічному потенціалі стабілізує однорідну структуру, а температурна зміна коефіцієнта при ньому зумовлює неперервні фазові переходи співмірна – неспівмірна (НС) – співмірна фаза. Коли сила взаємодії солітон–солітон наближається до сили взаємодії дефект–солітон, то система набуває стохастичного режиму модульованої структури. Така структура складається з фрагментів співмірних структур з різними періодами. Середній по всьому хаотичному ансамблі період може бути неспівмірний з періодом вихідної фази. Аналіз поширення електромагнітних хвиль у неспівмірній фазі діелектричних кристалів засвідчує, що у неспівмірній фазі різниця показника заломлення для різних напрямів поширення світла визначена відношенням хвильового вектора надструктури до хвильового вектора світлової хвилі. Величина аномалій оптичного двозаломлення у неспівмірній фазі залежить від напряму поширення світла. З’ясовано, що в умовах поширення світлового променя вздовж осі модуляції аномальна поведінка (nі) зумовлена внеском фази параметра порядку, а в напрямах, перпендикулярних до осі модуляції, – вектора неспівмірної модуляції.

У другому розділі описано особливості вирощування кристалів і методи дослідження температурних залежностей оптичного двозаломлення, залишкової інтенсивності світла, малокутового розсіяння сівтла і повороту оптичної індикатриси. Значну увагу приділено опису методів вимірювання температури. Проаналізовано основні чинники, які впливають на точність перелічених експериментальних методик.

У третьому розділі розглянуто кристалооптичні властивості неспівмірних структур з малим періодом (d<<л). Наведено експериментальні результати розсіяння світла в неспівмірній фазі за умови “в’язкої” взаємодії (“чортова драбина”), часової динаміки модульованої структури, величини залишкової інтенсивності світлового променя в неспівмірній фазі, за умови існування ефекту термооптичної пам’яті, деформації оптичної індикатриси. Вивчено прояви неспівмірної структури з малим періодом у дифузному розсіянні світла.

Для пояснення отриманих результатів розглянуто термодинамічний потенціал у вигляді

За умови істинно неспівмірної фази =0, =0 і 1 =0, тоді отримаємо

За умови “чортової драбини”

(1)

де .

Отже, якщо переміщатися по “чортовій драбині”, то ми потрапимо в таку температурну область, де q і I(q) будуть мати значення, визначене формулою (1). У разі переходу в іншу температурну область, де q має фіксоване значення, хвильовий вектор неспівмірності зазнає стрибка, а I(q) стрибком буде зменшуватися на помітне значення.

Експериментально виявлено, що в неспівмірній фазі за умови існування метастабільних станів простежується дифузне розсіяння світла на надструктурі з періодом, меншим від періоду світлової хвилі (рис. 1, 2).

За умови незмінності періоду надструктури інтенсивність дифузного розсіяння світла практично не залежить від температури (рис. 3). Відміність інтенсивності дифузного розсіяння світла в метастабільних станах зумовленна різною періодичністю надструктури. За умови температурної поведінки хвильового вектора надструктури у вигляді розмитої “чортової драбини” немонотонна поведінка інтенсивності дифузного розсіяння світла визначена зміною періоду надструктури.

Відмінність залишкової інтенсивності в різних метастабільних станах неспівмірної фази зумовлена зміною дифузного розсіяння світла, а отже, зміною періоду надструктури (рис. 4).

З’ясовано, що в “синусоїдальному” режимі неспівмірної структури температурна зміна двозаломлення визначена квадратом амплітуди параметра порядку.

За умови, коли сила взаємодії між солітонами більша, ніж сила взаємодії дефект-солітон, тобто за умови існування метастабільних станів, температурні зміни двозаломлення визначені як квадратом амплітуди параметра порядку, так і хвильовим вектором надструктури, при чому аномальні зміни двозаломлення описуються зміною хвильового вектора надструктури (рис. 5, 6).

У четвертому розділі вивчено кристалооптичні властивості неспівмірних структур за умови d>л. В результаті дослідження малокутового розсіяння світла з’ясовано, що в перехідній за температурою області між метастабільними станами співіснують хвиля густини дефектів (просторова хвиля деформації) та хвиля модуляції (рис. 7, 8).

Визначено, що внаслідок суперпозиції існуючих хвиль модуляцій у неспівмірній фазі виникає хвиля з різницевим значенням хвильового вектора, період якої більший від періоду світлової хвилі.

Температурні дослідження Із, д(Дn) та інтенсивності малокутового розсіяння світла засвідчують, що амплітудне значення хвилі суперпозиції перевищує амплітудне значення хвиль модуляцій. Це, зокрема, виявляється в збільшенні аномальних змін зазначених вище фізичних параметрів (див.рис. 8).

Існування хвилі суперпозиції спричиняє появу малокутового розсіяння світла, яке зумовлене дифракцією світлової хвилі на періодичній структурі більшій від довжини світлової хвилі, а також аномальну поведінку двозаломлення (величиною порядку 10-6-10-5).

З результатів дослідження ефектів термооптичної пам’яті, глобального температурного гістерезисну (рис. 9) та “в’язкої” взаємодії (рис. 10) випливає, що суперпозиція існуючих хвиль модуляцій простежується практично в усьому температурному діапазоні існування неспівмірної фази.

З аналізу експериментальних результатів на підставі феноменологічної теорії та теорії поширення електромагнітних хвиль у кристалі в неспівмірній фазі отримано значення періоду хвилі суперпозиції d~100Еч 1000Е.

У вихідній фазі кристала [N(CH3)4]2ZnCl4 простежується немонотонна поведінка оптичного двозаломлення та залишкової інтенсивності світла (рис. , рис. ), що пояснено скорельованим рухом тетраедричних груп (Т-груп). З’ясовано, що температурний інтервал існування скорельованого руху Т-груп не можна розглядати як діапазон флуктуацій параметра порядку. Цей стан кристала слід розглядати як фазовий стан.

Дослідження малокутового розсіяння у вихідній фазі засвідчують існування просторових областей скорельованого руху тетраедричних груп порядку нанометрів. Відстань між просторовими областями скорельованого руху тетраедричних груп і зі зниженням температури зменшується внаслідок зростання просторових областей скорельованого руху Т-груп.

У п’ятому розділі досліджено вплив електричного поля на температурну еволюцію неспівмірної структури в солітонному режимі. З використанням наближення сталої амплітуди виконано феноменологічний опис температурної залежності електрооптичних коефіцієнтів за умови існування багатомодових станів неспівмірної структури. Отримано такий вираз для електооптичних коефіцієнтів в перехідній по температурі області між метастабільними станами:

riij = aii/Ej =2i(/Ej) +2Ri2 P/Ej +

+2i(/Ej)(/z) +2i2l(2n-2)2n-3 cos2n(/Ej) - (2)

-i2l 2n2n-2 sin2n(/Ej) +ia1nn+1cosn(/Ej) -

-ia1nn+2 sinn nE(/Ej),

у метастабільному стані:

riij =2i(/Ej) +il 2n2n-1 (/Ej) + a1n+2 +ia1n En+1 (/Ej)=

=2i(/Ej) +inn+1 (2ln-2 + a1E) (/Ej)+a1 n+2. (3)

Визначено, що в метастабільних станах за умови, коли амплітуду параметру порядку в них описує спонтанна поляризація, простежується лінійний внесок електричного поля у зміну двозаломлення (рис. 13).

За умови існування хвилі суперпозиції в разі значення електричного поля, меншого від значення коерцетивного поля (значення електричного поля, за якого кристал у метастабільному стані переходить з неоднорідного стану в однорідний) відбувається збільшення аномальних змін двозаломлення, зумовлене посиленням взаємодії хвилі модуляції і хвилі густини дефектів та деформації неспівмірної структури (рис. 14).

Відповідно до виразу (2), у перехідній області між сусідніми метастабільними станами значення електрооптичних коефіцієнтів визначене зміною періодичності надструктури (рис. 15).

Для значення електричного поля більшого, від значення коерцетивного поля, зберігаються аномалії двозаломлення, зумовлені існуванням хвилі суперпозиції.

З’ясовано, що розширення метастабільних станів під дією електричного поля зумовлює зміщення температурного інтервалу існування хвилі суперпозиції (рис. 16).

У разі дії електричного поля, прикладеного перпендикулярно до осі модуляції, аномальна зміна електрооптичних коефіцієнтів у перехідній області визначена температурною еволюцією хвилі суперпозиції (рис. 17).

Електричне поле, прикладене вздовж осі модуляції, змінює період надструктури, що змінює умови дифракції світлового променя.

У кристалах, що мають у певному інтервалі температур неспівмірну фазу, під впливом поля змінюється температурна залежність хвильового вектора неспівмірної модуляції.

ГОЛОВНІ РЕЗУЛЬТАТИ І ВИСНОВКИ

Результати, викладені в дисертаційній роботі, дали змогу одержати інформацію про нові фізичні ефекти в діелектриках, які визначені співідношенням d/ (де d – довжина періоду надструктури, – довжина світлової хвилі). Виявлено, що коли сила взаємодії між солітонами наближається до сили взаємодії солітон–дефект, у кристалі виникає новий стан неспівмірної модульованої структури, характеризований існуванням хвилі суперпозиції з періодом, більшим від періоду світлової хвилі. Всебічні дослідження оптичних властивостей модульованих структур були спрямовані на з’ясування закономірностей виявів просторової модуляції. Результати роботи засвідчують також перспективність використання досліджених ефектів у створенні надграток з керованим періодом для пристроїв оптоелектроніки. Головні результати та висновки роботи полягають у такому.

1. Доведено, що зі зростанням періоду надструктури зростає розсіяння світла, зокрема, в умовах розмитої “чортової драбини” спостерігається стрибкоподібна залежність інтенсивності дифузного розсіяння світла.

2. Зростання деформації оптичної індикатриси в разі переходу між метастабільними станами в неспівмірній фазі зумовлене внеском руху солітонної гратки в швидкість поширення світла вздовж осі модуляції.

3. Виявлено, що коли період неспівмірно модульованої структури менший від періоду світлової хвилі (якщо нема хвилі суперпозиції), двозаломлення описується зміною періодичності надструктури.

4. У діапазоні неспівмірної фази визначено існування суперпозиційної хвилі модуляції з періодом, більшим від періоду світлової хвилі, яка спричиняє дифракцію світлового променя на періодичній структурі.

5. Область розміром порядку нанометрів, де існує скорельований рух тетраедричних груп, треба розглядати як фазовий стан, описуваний деформацією тетраєдрів.

6. З’ясовано, що дія електричного поля вздовж осі модуляції зумовлює зміну періоду надструктури, а в напрямах, перпендикулярних до неї, – зміну періоду надструктури і амплітуди параметра порядку.

7. Під дією електричного поля відбувається деформація просторової хвилі модуляції, що зумовлює зміну стохастичного режиму неспівмірної надструктури.

8. Визначено, що немонотонна температурна залежність електрооптичних коефіцієнтів у неспівмірній фазі зумовлена зміною періоду надструктури.

Головні результати дисертаційного дослідження опубліковано у таких працях:

1. Свелеба С.А., Семотюк О.В., Катеринчук І.М., Фіцич О.І. Співіснування промодульованих фаз в кристалі [N(CH3)4]2ZnCl4 // Вісн.  Львів. ун-ту. Сер. фіз. – 2001. – Вип. 34. – С. 56 – 60.

2. Свелеба С.А., Жмурко В.С., Половинко И.И., Катеринчук И.Н., Семотюк О.И., Фицыч О.И., Фургала Ю.М. Особенности разссеяния света в кристаллах с несоразмерной фазой // ЖПС. – 2000. – Т. 67. – № 5. – С. 681 - 683.

3. Свелеба С., Семотюк О., Катеринчук І., Фіцич О. Подвійні петлі гістерезису в несумірних фазах кристалів [N(CH3)4]2ZnCl4, [N(CH3)4]2CuCl4, [N(CH3)4]2CoCl4 // Вісн. Львів. ун-ту. – Сер. фіз. – 2004. – Вип. 37. – С. 268 - 273.

4. Свелеба С.А., Катеринчук И.Н., Семотюк О.В., Половинко И.И., Фургала Ю.М., Фицыч О.И. Взаимодействие волны плотности дефектов с модулированной структурой в кристаллах с несоразмерной фазой // ЖПС. – 2005 – Т. 72 – № 5. – С. 632 - 639.

5. Свелеба С., Катеринчук І., Семотюк О., Фіцич О. Панківський Ю., Куньо І. Скорельований рух Т-груп у парафазі кристалів [N(CH3)4]2CuCl4 // Вісн. Львів. ун-ту. Сер. фіз. – 2006. – Вип. . – С. - 81.

6. Куньо І., Карпа І., Свелеба С., Катеринчук І., Семотюк О., Фіцич О., Панківський Ю. Поворот оптичної індикатриси в неспівмірній фазі кристалів [N(CH3)4]2ZnCl4 // Вісн. Львів. ун-ту. Сер. фіз. – 2007. – Вип. . – С. - 48.

7. Свелеба С., Куньо І., Катеринчук І., Семотюк О., Карпа І., Фіцич О., Панківський Ю. Вплив напруженості електричного поля на модульовану структуру кристалів [N(CH3)4]2CuCl4 // Вісн. Львів. ун-ту. Сер. фіз. – 2007. – Вип. . – С. - 129.

8. Катеринчук І., Свелеба С., Жмурко В., Половинко І., Семотюк О., Фіцич О. Прояв метастабільних станів в оптичних властивостях кристалів [N(CH3)4]2CuCl4 // Тези доп. VI міжнар. семінару з фізики і хімії тв. тіла. 31 травня–4 червня 2000 р. – Львів (Любіть Великий), Україна, 2000. – С. 17.

9. Polovynko I., Ruzak O., Sveleba S., Katerynchuk I., Semotyuk O., Fitsych O. The authomatization of thermal investigations of the optical birefringence using the Senarmont method // Зб. тез VIII Міжнар. семінару з фізики та хімії тв. тіла. – Львів, 2002. – С. 47.

10. Sveleba S., Polovynko I., Semotyuk O., Katerynchuk I., Fitsych O., Furgala Yu. Electrooptic hysteresis loops in the commensurate long-periodic phases // Зб. тез VIII Між нар. семінару з фізики та хімії тв. тіла. – Львів, 2002. – С. 59.

11. Свелеба С.А., Семотюк О.В., Катеринчук І.М., Фіцич О, Мокрий В.І. Динаміка просторово-модульованої структури в кристалах з неспівмірною фазою // Матеріали міжнар. наук. конф. Каразінські природничі студії: 14-16 червня 2004. – Харків, 2004. – С.80 - 81.

12. Свелеба С.А., Семотюк О.В., Катеринчук І.М., Фіцич О, Мокрий В.І. Природа подвійних електрооптичних петель гістерезису в неспівмірних фазах кристалів [N(CH3)4]2ZnCl4 // Матеріали міжнар. наук. конф. Каразінські природничі студії: 14-16 червня 2004, Харків, 2004. – С.81 - 82.

13. Sveleba S.A., Katerynchuk I.M., Semotyuk O.V., Fitsych O.I., Pankivsky Ju., Kunyo I. Chaotic phase in the dielectric crystals [N(CH3)4]2MeCl4 (Me=Co; Zn; Cu; Fe) // Dimensionality effects and non-linearity in ferroics. 19-22 October 2004. – Lviv, 2004. – P.105.

14. Свелеба С., Семотюк О., Катеринчук І., Фіцич О. Взаємодія модульованої структури з дефектами у кристалах з неспівмірною фазою // Ювілейна наук. конф., присвячена 25-річчю кафедри нелінійної оптики. 23-24 вересня 2004. – Львів, 2004. – С.53.

15. Свелеба С., Семотюк О., Катеринчук І., Фіцич О. Тернавський В. Температурно–швидкісні ефекти в неспівмірній фазі кристалів // Ювілейна наук. конф., присвячена 25-річчю кафедри нелінійної оптики. 23-24 вересня 2004. – Львів, 2004. – С. 54.

16. Свелеба С., Семотюк О., Катеринчук І., Фіцич О. Прояв багатоходових станів в оптичних властивостях неспівмірних структур // ІІ Укр. наук. конф. з фізики напівпровідників. 20-24 вересня 2004. Чернівці-Вижниця, 2004. – С. 434.

17. Sveleba S.A., Semotyuk O.V., Katerynchuk I.M., Fhitsych. O.I. Correlated of t-groups in the inital phase of [N(CH3)4]2CuCl4 crystals // XI th International seminar on physics and chemistry of solids ISPCS’05. Zloty Potok k / Czestochowy 29maja – 1crerwca 2005. – P.45.

18. Куньо І., Семотюк О., Катеринчук І., Свелеба С, Фіцич О. Вклад суперпозиції хвиль модуляцій в оптичне двопроменезаломлення // Міжнар. конф. студентів і молодих науковців з теор. і експерим. фізики еврика –2005. 24-26 травня 2005. Львів, 2005. – С.65-66.

19. Фіцич О.І., Свелеба С.А., Семотюк О.В., Катеринчук І.М. Оптичні властивості кристалів групи А2ВХ4 у вихідній фазі // Тези доп. Всеукр. з’їзду “Фізика в Україні”: Україна, Одеса, 3-6 жовтня 2005. – Одеса, 2005. – С. 121.

20. Свелеба С., Куньо І., Карпа І., Катеринчук І., Семотюк О., Панківський Ю., Фіцич О. Вплив передісторії зразка на поворот оптичної індикатриси в неспівмірній фазі кристала [N(CH3)4]2ZnCl4 // 12-й Міжнар. семінар з фізики та хімії тв. тіла: Тези доп. Львів 28-31 травня 2006. – Львів, 2006. – С. 61.

Анотація

Фіцич О.І. Прояви надструктури в оптичних властивостях кристалів тетраметиламін-тетрахлорметалатів. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата фізико-математичних наук за спеціальністю 01.04.10 – фізика напівпровідників і діелектриків. – Львівський національний університет імені Івана Франка. – Львів, 2007.

У дисертаційному дослідженні визначено закономірності поширення електромагнітних хвиль видимого діапазону у неспівмірній фазі кристалів тетраметиламін-тетрахлорметалатів.

Експериментально виявлено та теоретично обгрунтовано, що оптичні ефекти зумовлені надструктурою і визначені співвідношення d/.

З’ясовано, що за умови d> простежується дифракція світлового променя на періодичній структурі, яка утворюється внаслідок суперпозиції просторових хвиль модуляцій.

Визначено, що за умови d<< деформація оптичної індикатриси в неспівмірній фазі зумовлена впливом руху солітонної гратки в швидкість поширення світла вздовж осі модуляції.

Доведено, що дія електричного поля вздовж осі модуляції зумовлює зміну періоду надструктури, а в напрямах, перпендикулярних до неї, – зміну періоду надструктури і амплітуди параметра порядку.

Ключові слова: неспівмірна фаза, метастабільні стани, перехідні області, солітон, амплітуда і фаза параметра порядку.

Аннотация

Фицич Е.И. Проявление надструктуры в оптических свойствах кристаллов тетраметиламин-тетрахлорметалатах. – Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук по специальности 01.04.10 – физика полупроводников и диэлектриков. – Львовский национальный университет имени Ивана Франко. – Львов, 2007.

В диссертации определены закономерности распространения электромагнитных волн видимого диапазона в несоразмерной фазе кристаллов тетраметиламин-тетрахлорметалатов.

Экспериментально обнаружено и теоретически обосновано, что оптические эффекты предопределены сверхструктурой и определяются соотношением d/.

Подтверждено, что за условия d наблюдается дифракция светового луча на периодической структуре, которая образуется в результате суперпозиции пространственных волн модуляций.

Показано, что при условии d<< деформация оптической индикатрисы в несоразмерной фазе предопределена вкладом движения солитонной решотки в скорость распространения света вдоль оси модуляции.

Установлено, что действие электрического поля вдоль оси модуляции предопределяет изменение периода сверхструктуры, а в напралении, перпендикулярном к ней, – изменением периода надструктуры и амплитуды параметра порядка.

Ключевые слова: несоразмерная фаза, метастабильные состояния, переходные области, солитон, амплитуда и фаза параметра порядка.

Abstract

PhitsychManifestation of the superstrucrure in the optical properties of thetramethylamin-thetrachlormetalate crystals. – Manuscript.

Thesis for a candidate’s degree in physical and mathematical sciences by speciality 01.04.10 – physics of semiconductors and dielectrics. – Lviv Ivan Franko National University. – Lviv, 2007.

The results of the thesis give the information about new physical effects in the dielectrics, that are determined by the ratio of d/ (d – the length of superstructure period, - light wavelength). It has been defined, that when the value of interaction force between solitons becomes close to the interaction force between solitons and defects, the new state of the incommensurate modulated structure appears in the crystal. It is characterized by the existence of superposition wave. The period of last one is longer then the period of light wavelength. The precise investigations of the optical properties of modulated structures were directed to clear up regularities of the spatial modulation manifestation. The main results and conclusions of the thesis consist in following:

It has been shown, that when the superstructure period increases the light scattering increases. Especially, in the case of degraded “devil staircase” the jumping-like dependence of diffusion light scattering is observed.

The increasing of the optical indicatrix deformation in the incommensurate phase is caused by the soliton lattice influence on light propagation along the modulation axis.

When the superstructure period is less then the light wavelength and the interaction force between solitons is less then the interaction force between solitons and defects, the temperature dependence of birefringence increment is determined by both squared amplitude of the order parameter and wave vector of the superstructure. However, the anomalous changes of the birefringence are described by the wave vector of superstructure.

It has been experimentally obtained and theoretically proved that the optical effects are caused by superstructure and determined by the ratio of d/.

It has been found, that when the period of incommensurate modulated structure is less then the period of light wavelength the behaviour of the optical birefringence is described by the change of superstructure periodicity.

It has been found, that the superposition modulation wave with the period longer, then the period of light wavelength exists in the temperature interval of the incommensurate phase. This one causes diffraction of the light beam on the periodical structure.

It has been set, that amplitude value of the superposition wave exceeds the amplitude value of each modulation wave, taking part in the superposition. This effect is displayed in anomalous increasing of the residual intensity.

Due to the results of investigation of thermo-optical memory and global temperature histeresys the superposition of the existing modulation waves is observed practically in the whole temperature range of the incommensurate phase existence.

The spatial region, where the tetrahedral groups correlated motion (TGCM) exists has size of nanometres. The temperature range of TGCM one should consider as a phase state, described by the tetrahedron deformation.

The investigations of small-angle light scattering in the initial phase confirm that the spatial size of the tetrahedral group correlated motion region is in order of nanometers.

It has been found, that non-monotonous behavior of the electro-optical coefficients in the incommensurate phase is caused by the changes of the superstructure parameter.

The results of the thesis demonstrate the possibility of using the studied effects in the creating of the lattices with the controlled period in the optoelectronic devices.

Keywords: incommensurate phase, metastable states, transition regions, soliton, amplitude and phase of the order parameter.

Підп. до друку 05 . 10 . 2007. Формат 6084/16.

Умовн. друк. арк. 0.9. Тираж 100 прим. Зам. 389

Видавничий центр Львівського національного

університету імені Івана Франка,

79000 м. Львів, вул. Дорошенка, 41.