Исследование структуры энергетического спектра перовскитоподобных сегнетоэлектриков методом двухфотонной спектроскопии

• Автор: Шаблаев, Сергей Иванович
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 1984
• Место защиты: Ленинград
• Количество страниц: 178 c. : ил

Глава I. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР

§ 1.1. Исследование зонной структуры перовскитов.

Эксперимент

§ 1.2. Расчёты зонной структуры. Метод линейной

комбинации атомных орбиталей

§ 1.3. Расчёты зонной структуры &гТі 03 , Бс»Ті03

КТаОз кубической модификации

§ 1.4. Расчёты зонной структуры перовскитов для

тетрагональной фазы

§ 1.5. Выводы

Глава 2. МЕТОДИКА И ТЕХНИКА ЭКСПЕРИМЕНТА

§ 2.1. Двухфотонное поглощение и спектроскопия
§ 2.2. Двухфотонный спектрофотометр
§ 2.3. Устройство регистрации сигналов двухфотонного поглощения
2.3.1. Работа перемножителей
2.3.2. Калибровка прибора
2.3.3. Пороговая чувствительность устройства
2.3.4. Компенсация температурного дрейфа входных
ключей
§ 2.4. Выводы
Глава 3. ИССЛЕДОВАНИЕ ХАРАКТЕРА КРАЕВОГО ПОГЛОЩЕНИЯ
ба'ПОз ,$гТі0з ,КТоОэ МЕТОДОМ ДФС
§ 3.1. Образцы
§ 3.2. Двухфотонное поглощение перовскитов
§ 3.3. Край поглощения танталата калия
§ 3.4. Край поглощения баТіОз
§ 3.5. Край поглощения Ті Оз
§ 3.6. Обсуждение результатов и выводы
Глава 4. ЗОННАЯ СТРУКТУРА КРИСЛОРОДНО-ОКТАЭДРИЧЕСКИХ
СЕГНЕТОЭЛЕКТРИКОВ БаТі Оз , 5г Т, 03 , К Та 03
§ 4.1. Область прямого двухфотонного поглощения

§ 4.2. Влияние фазового перехода на зонную структуру и спектры ДФП ВаТіОз
§ 4.3. Схема зонной структуры $ГТ) Оз и ВаТіОз
§ 4.4. Схема краевых зон КТаОз
§ 4.5. Сравнение схемы зонных состояний из данных
ДФС с расчётными зонными структурами
§ 4.6. Анализ двухфотонных переходов в пергаскитазг 137 § 4.7. Выводы
Глава 5. ВЛИЯНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ПОЛЯ И ВНУТРЕННИХ НАПРЯЖЕНИЙ НА СПЕКТРЫ ДФП И ЗОННУЮ СТРУКТУРУ $ г Ті Оз
§ 5.1. Влияние электрического поля на зонную структуру
§ 5.2. Влияние внутренних напряжений на спектры ДФП
и зонную стркктуру
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА
_ 4 -
ВВЕДЕНИЕ Кристаллы Йг Т, 0з , йо 7! О3 и некоторые другие перов-скиты,уже более сорока лет интенсивно изучаются, и даже в настоящее время привлекают внимание исследователей. Такой неослабевающий интерес объясняется многими причинами, но, прежде всего, он связан с рядом уникальных свойств этих материалов, которые сочетают в себе сегнетоэлектрические и полупроводниковые свойства и обладают фазовыми переходами [1]. Отличные диэлектрические свойства, огромная диэлектрическая проницаемость и её сильная зависимость от температуры в области фазовых переходов ( Ва Т|' 0з) обеспечили широкое применение этих материалов в конденсаторостроении и интенсивное развитие таких сегнетоэлек-трических направлений, как термодинамика фазовых переходов, нелинейные диэлектрические свойства, изучение доменной структуры и механизма переполяризации, кристаллографические исследования и т.д. Успешное развитие этих направлений способствовало построению "фундамента современного учения о сегнетоэлектричестве" [2] и достижению "уровня, позволяющего говорить о достаточно глубоком проникновении в физическую сущность совокупности явлений, которые сопутствуют возникновению в кристаллах спонтанной электрической поляризации" [2]-
К сожалению, подобного нельзя сказать о достигнутом уровне понимания полупроводниковых, электронных свойств и, особенно, зонной структуры сегнетоэлектриков-перовскитов. Актуальность подобных исследований несомненна, так как в настоящее время происходит расширение областей технического применения сегнетоэлек-триков (в том числе и перовскитов).Они применяются в оптике,акустике,вычислительной технике и в ряде другихобластей,в которых используются их электрические свойства.Например влияние фотоактив ного освещения на спонтанную поляризацию и другие макроскопиче-

ионами Т) и 0 , определенную в работе [92], Маттейс определил, что смещение иона Т'1 увеличивает общее расщепление ещё примерно на 50 мэВ. Таким образом, он сделал вывод, что общее расщепление зоны проводимости ^5^5аТ|0з составляет около 150 мэВ при 20°С.
Маттейс отмечает, что это значение близко к экспериментально обнаруженному значению 120 мэВ Берглундом и Баером [95]. Главным источником различия величины расщепления зоны проводимости Гг5',вагП0з С 92] и [94] заключается в знаке интегралов
перекрытия рсКз и рс!ТГ , которые использовали авторы.
Ещё одно исследование зонной структуры и оптических свойств тетрагонального Ьа Г< 03 выполнено Мишель-Календини и Меснардом [96]. В отличие от работы Брюса [92], который использовал ЛКАО параметры $гТ;03 из работы[82] для исследования изменений зонной структуры 6а Т1 Оз в тетрагональной фазе, авторы [9б] провели независимый ЛКАО расчёт для 5с( Т; Оз . Они использовали 14 атомных орбиталей, расположенных на ионах кислорода и 7] в элементарной ячейке кристалла. Из этих орбиталей были сконструированы пять Елоховских сумм из 3с1 орбиталей металла и девять подобных функций из £р орбиталей кислорода. Орбитали иона бария (б£ ) в расчёт не принимались, так как они достаточно далеко удалены (на 4,4 эВ) от 3 с! и 2р орбиталей. Интегралы перекрытия использовались не как "свободные параметры" подгонки, а были вычислены для каждой пары атомов первых и вторых соседей. Полученная зонная структура Ва 17 Оз в тетрагональной фазе (рис.I.II) отличается от зонной структуры в парафазе [89] рис .1.8, тем что невырожденные уровни ( Хг, Кз, ) смещаются при фазовом переходе в тетрагональную фазу, а вырожденные