Спетры колебаний решетки и связанные с ними физические свойства сложных кристаллов

• Автор: Тютерев, Валерий Григорьевич
• Шифр специальности: 01.04.10
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 1999
• Место защиты: Томск
• Количество страниц: 293 с. : ил.

Содержание
1 Введение
2 Колебательные спектры сложных кристаллов с тетраэдрическиой координацией структуры
2.1 Феноменологические модели решеточной динамики кристаллов
2.1.1 Общие соотношения
2.1.2 Модели короткодействующих сил
2.1.3 Дальнодействующие силы и метод Эвальда
2.1.4 Модели, учитывающие поляризуемость среды
2.2 Решеточная динамика соединений А11 В1Уи А1 ВП1СГ со структурой халькопирита
2.2.1 Фононные спектры халькопиритов в модели жестких ионов
2.2.2 Учет условий равновесия в динамике решетки тройных соединений
2.3 Спектры колебаний кристаллов тройных соединений А11 В11 С1
упорядоченным расположением вакансий
2.4 Спектр колебаний решетки а
2.5 Колебания в монослойной сверхрешетке
(СаДз)1(ДМ5)1[001]
2.6 Фононы в короткопериодических сверхрешетках и бгхСе3
3 Физические свойства, обусловленные колебаниями решетки в тройных соединениях
3.1 Упругие и термодинамические характеристики
3.1.1 Внутренние смещения ионов в кристаллах А2Д4С| и А1ВгС1
с решеткой халькопирита в условиях однородной деформации
3.1.2 Расчет сжимаемостей кристаллов со структурой халькопирита
в модели Китинга
3.1.3 Упругие модули кристаллов со структурой халькопирита
3.1.4 Температурная зависимость теплоемкости и дебаевская температура
3.2 Инфракрасная дисперсия света в кристаллах со сложной структурой
3.2.1 Диэлектрическая проницаемость в инфракрасном диапазоне частот
3.2.2 Инфракрасная дисперсия света в кристаллах со структурой халькопирита и анизотропия оптических свойств

3.3 Расчет многофононного поглощения света в кристаллах тройных полупроводников
3.3.1 Теория многофононного поглощения света в сложных кристаллах
3.3.2 Коэффициент поглощения света в многофононной области для кристаллах со структурой халькопирита
4 Электрон-фононное взаимодействие в кристаллах со сложной структурой
4.1 Взаимодействие электронов с длинноволновыми фононами в тройных полупроводниках
4.1.1 Электрический потенциал, создаваемый длинноволновыми фононами
4.1.2 Электрон-фононное взаимодействие в кристаллах с решеткой халькопирита
4.2 Анализ температурной зависимости подвижности носителей заряда в полупроводниках
СЛЗеАяг с решеткой халькопирита
4.2.1 Дрейфовая подвижность электронов в СсЮеАвъ
4.2.2 Температурная зависимость дрейфовой подвижности дырок в С<1СеАз2
4.3 Междолинное рассеяние электронов на фононах в полупроводниковых кристаллах
4.3.1 Расчет параметров междолинного рассеяния на фононах в кристаллах АП1ВУ
4.3.2 Псевдопотенциальный расчет междолинных потенциалов рассеяния в монослойной сверхрешетке
(А1Аз)! ((7аАа)1(001)
5 Проявления эффектов образования пространственных сверхструктур в колебательных спектрах кристаллов
5.1 Влияние сверхструктур упорядочения кислорода на колебательные спектры высокотемпературных сверхпроводников УВа2СизОт-х
5.1.1 Проблема упорядочения в кислород-дефицитных иттрий-бариевых сверхпроводниках
5.1.2 Колебательные спектры тетрагональной УВа2Си30е и простой орторомбической УВа2Си307 фаз
5.1.3 Динамика решетки УВа2Си307-х в сверхструктурах упорядочения кислорода орто-П и орто-Ш
5.1.4 Экспериментальные проявления реконструкции фононных спектров в сверхструктурах упорядочения и характеризация структурыЮЗ
5.2 Нелокальное диэлектрическое экранирование и электрические поля, связанные с оптическими фононами в сверхрешетках
5.2.1 Нелокальный диэлектрический отклик в фононном диапазоне частот
5.2.2 Элекростатические поля фононов в решеточной динамике
5.2.3 Результаты и обсуждение

6 Диэлектрическая теория и расчет колебательных спектров в полупроводниковых кристаллах
6.1 Общий квантовомеханический подход к расчету колебательных свойств кристаллов
6.1.1 Силовые матрицы в адиабатическом приближении
6.1.2 Метод функционала плотности и теория линейного отклика
6.1.3 Аналитические свойства матрицы поляризуемости
6.1.4 Динамическая матрица, тензор эффективного заряда и акустическое правило сумм
6.2 Свойства симметрии диэлектрического отклика в изоляторах
6.3 Диэлектрическое экранирование в модельной зонной структуре кубического полупроводника
6.4 Расчет колебательных спектров кубических полупроводников в модели неоднородной поляризуемой среды
6.4.1 Различные пространственные масштабы реакции элекронов на внешнее поле и минимизация функционала электронной плотности225
6.4.2 Параметризация функционала кинетической энергии в модели неоднородной поляризуемой среды
6.4.3 Спектр фононов в модели неоднородной поляризуемой среды
6.4.4 Реакция системы на однородное внешнее электрическое поле
7 Заключение
А Межатомное силовое поле в кристаллах со структурой халькопирита
А.1 Производные от электростатического вклада в энергию кристалла по
волновому вектору
А.2 Силовые матрицы в модели Борна-Кармана для кристаллов со структурой халькопирита
A.З Параметры межатомного силового поля в халькопиритах
В Фонтанные спектры тройных соединений
B.1 Рассчитанные фононные спектры халькопиритов
В.2 Рассчитанные фононные спектры тиогаллатов
С Правило сумм для электрон-фононного потенциала
И Дополнительные данные о структурных параметрах иттрий-бариевых сединений типа У Ва2Си30тх
БЛ Структура
Б.2 Координаты симметрии для колебаний в Г -точке обратной решетки

Табл. 2.2: Длинноволновые фононы в CdGeAs [189]
Частота фонола v LO/TO в см
Симметрия Эксперимент Теория
[214] [215] [62] Наш расчет [189]
Гб 280/272 283.1/272.1 282/273 279/269
258/255 256.9/257.7 259/256 248/244
206/201 201.7/198.5 205/202 199/197
161/159 160.2/157.4 162/160 167/165
98 /95 93.4/ 93.0 87/86 114/114
-/- 7- 80/80 97/97
Г4 278/270 278.0/270.3 276/267 280/271
210/203 210.5/201.5 210/201 206/198
85/85 109/108

Параметры модели CdGeAs2 , определенные такой подгонкой [189], оказались близки к параметрам Китинговской модели для GaAs [187]. Силовая константа для связи a(CdAs) = 26.9 103 дн/см имеет меньшее значение чем ot(GeAs) = 43.0 103 дн/см, при этом заряды ионов получились равными соответственно zed — 0.683 а.е., zge = 0.454 а.е. что указывает на большую ионность связи А — С по сравнению с В_ — С . Константа углового взаимодействия (3 = 4.4 103 дн/см несколько меньше, чем в GaAs , что также свидетельствует о возрастании степени ионности химической связи в CdGeAs2 . Ионная составляющая связи возрастает в AgGaS2 : a(AgS) — 22.6 103 дн/см, a(GaS) = 55.5 103 дн/см, /3 = 1.8 103 дн/см, za9 = 0.902 а.е., zga = 0.839 а.е. Степень согласия с экспериментом в модели жестких ионов [62] и модели Беттини [49], как видно из Табл.2.2 и Табл.2.3, несколько лучше, чем в нашей модифицированной модели Китинга, однако анализ упругих характеристик, который проводится в Разд.3.1.3, показывает, что это улучшение для длинноволновых оптических частот в определенном смысле является иллюзорным и достигается за счет худшего воспроизведения акустической части спектра.