Механизмы формирования спектрального отклика твердотельных диэлектриков в терагерцовой области частот

• Автор: Командин, Геннадий Анатольевич
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 338 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение
Глава 1. Диэлектрический отклик и методы его измерений на ТГц частотах: обзор литературы
§ 1.1. Поляризация диэлектриков
§ 1.2. Колебательный спектр кристаллической решётки
§1.3. Резонансное поглощение электромагнитных волн в кристаллах
§ 1.4. Поперечные и продольные оптические фононы в кристалле и дисперсия в ИК спектрах
§1.5. Модель Лиддена-Сакса-Теллера
§ 1.6. Многофононные процессы поглощения
§ 1.7. Мягкие моды и структурные фазовые переходы. [38], [39]
§1.8. Твёрдые растворы и релаксорные сегнетоэлектрики
§ 1.9. Универсальный диэлектрический отклик. [61]
§ 1.10. Мультиферроики
§ 1.11. Стеклообразное состояние
§ 1.12. Тонкие плёнки
§ 1.13. Методы терагерцовой спектроскопии твёрдого тела
§ 1.13.1 Инфракрасная Фурье спектроскопия
§ 1.13.2 Миллиметровый и субмиллиметровый участки спектра
§ 1.13.3 Неупругое рассеяние нейтронов
Заключение к Главе
Глава 2. Экспериментальные установки и методы ТГц диэлектрических измерений с их применением
§2.1. Экспериментальные установки
§2.1.1. Измерения в субмиллиметровом диапазоне. Субмиллиметровый ЛОВ спектрометр «Эпсилон»
§2.1.2. Калибровка ЛОВ
§2.1.3. Квазиоптическая схема спектрометра для измерения спектров пропускания.

§2.1.4. Методика проведения измерений спектров пропускания
§2.1.5. Измерения в ИК диапазоне. Фурье спектрометр Bruker IFS-113v
§2.1.6. Высокотемпературные и низкотемпературные измерения в ТГц и ИК диапазонах
§2.2. Методы расчёта диэлектрического отклика

§2.2.1. Метод Крамерса - Кронига
§2.2.2. Гармоническое приближение и модель Лоренца
§2.2.3. Соотношения Лиддена - Сакса - Теллера (ЬвТ)
§2.2.4. "Инвертированные" фононы
§2.2.5. Разложение спектра на резонансы, исходя из данных дисперсионного анализа
§2.2.6. Описание диэлектрических потерь в рамках модели релаксатора
§2.2.7. Представление диэлектрического отклика в терминах проводимости
§2.3 Моделирование спектров
Заключение к Главе
Глава 3. Собственное поглощение в ионных кристаллах в ТГц диапазоне
§3.1 Двухфононные процессы поглощения
§3.2. Поглощение электромагнитных волн терагерцового диапазона в монокристалле МдО
§3.3. Поглощение излучения терагерцового диапазона в монокристаллах со
структурой флюорита
§3.3.1. Монокристалл СаБг
§3.3.2. Диэлектрический отклик монокристаллов БгГг и СсШг
§3.4. Оптически анизотропный монокристалл ВеО
§3.5. Собственное дипольное поглощение в случае умножения ячейки
Монокристалл ОуБсОз
Заключение к Главе
Глава 4. Дипольные возбуждения в керамиках и твёрдых растворах на основе сегнетоэлектриков
§4.1 Электродинамика диэлектрических керамик в терагерцовом диапазоне
§4.2 Особенности диэлектрического отклика титаната кальция, легированный свинцом (СРТ) в терагерцовом диапазоне
§4.3. Диэлектрический отклик релаксорной керамики БТО-ЭМИТО
§4.3.1 Диэлектрический отклик титаната стронция в ТГЦ-ИК диапазонах
§4.3.2 Диэлектрический отклик твёрдых растворов SrTiOз-SrMgl/зNb2/зOз..
§4.4 Микроволновые керамики, стабилизированные Га
§4.4.1. Микроволновые керамики на основе титаната магния (La:MgTiOз)
§ 4.4.2. Твёрдые растворы алюмината - титаната лантана (Ъа2/зТЮз)|.х(ГаА10з)х
§4.5 Система твёрдых растворов Ag(Nb:Ta)Oз.

§4.6. Особенности электродинамики мультиферроиков в ТГц и ИК диапазонах
§4.6.1 Особенности электродинамики мультиферроиков
§ 4.6.2. Феррит висмута. Инфракрасный участок спектра
§ 4.6.3. Субмиллиметровый участок спектра и линии антиферромагнитного резонанса в феррите висмута
§4.6.4. Гексагональные ферриты Ba2Mg2Fen
§ 4.6.5. Кобальт-хромовая шпинель
Заключение к Главе
Глава 5. Панорамный отклик диэлектриков в стеклообразном и стеклокристаллическом состояниях
§5.1 Введение
§5.2. Стекла КТР
§5.3. Соединение РЬзОезОц
§5.4. Диэлектрический отклик стилвеллитов LnB(SiOGe)Os
§5.4.1 Борогерманатные и боросиликатные соединения с редкоземельными ионами подгруппы La
§5.4.2 Диэлектрический отклик стилвеллитов
§5.4.2.1 Диэлектрический отклик монокристаллического LaBGeOs в терагерцовом диапазоне
§5.4.2.1 Диэлектрический отклик стеклообразных LaBGeOs и LaBGeOs в терагерцовом диапазоне
§5.4.2.3 Низкотемпературные спектры диэлектрического отклика стеклообразного PrBGeOs в терагерцовом диапазоне
§5.5 Стекло Li2Ge?Oi
Заключение к Главе
Глава 6. Спектры отклика диэлектрических тонких плёнок
§ 6.1. Электродинамические свойства тонких диэлектрических плёнок в
терагерцовом диапазоне
§ 6.2. Тонкие плёнки PbZri.xTix03 - (PZT)
§ 6.3. Тонкие плёнки BaxSij_xTi03 - BST
§ 6.4. Тонкие плёнки Bio98(Ndoo2)Fe
§6.4.1. Температурная эволюция диэлектрического отклика тонких плёнок BNFO при низких температурах
Заключение к Главе
7. Заключение
Список цитированной литературы

§ 1.10. Мультиферроики.
Суперпозиция различных механизмов упорядочения показана на рисунке 1.10 для следующего класса веществ - мультиферроиков [62], [63]. Диаграмма, приведённая на рисунке 1.10, показывает отклик системы на низкочастотное внешнее воздействие. Мультиферроики допускают сосуществование различных типов упорядочений [64]. Низкочастотные измерения поляризации Р, намагниченности М и деформации о показаны в виде классических петель гистерезиса: сегнетоэлектрической — Р(Е), магнитной - М(Н) и сегнетоэластической - ст(8). В зависимости от приложенных электрического Е, магнитного Н полей и внешних механических напряжений. Для мультиферроиков принципиальным является наличие отклика системы электрических диполей на магнитное поле, спиновой подсистемы на электрическое [65], и аналогично, влияние электромагнитных полей на деформацию материала [66].
Тот факт, что в мультиферроиках возможно управлять поляризацией изменением внешнего магнитного поля и воздействовать на спиновую подсистему внешним электрическим полем определило их огромный практический потенциал. Применение мультиферроиков до настоящего времени было ограничено тем, что в большинстве соединений магнитное упорядочение формировалось при низких температурах [67], [68]. В феррите висмута температуры Кюри и Нееля существенно выше комнатной, но геликоидальное спиновое упорядочение [69], [70] оставляет активным только
квадратичный магнитоэлектрический эффект [71]. Интерес к этому соединению возобновился после открытия в нём усиления магнитоэлектричества в тонких плёнках и легированных составах. В ТГц спектрах мультиферроиков был открыт новый тип возбуждения - электромагнон [72]. Параметры этой линии поглощения зависят от внешних электрических и магнитных полей.
Легирование исходной кристаллической матрицы примесными ионами является эффективным способом управления поляризацией и намагниченностью мультиферроиках, так же как это реализовано в релаксорных керамиках. На рисунке 1.11 показаны фазовые диаграммы феррита висмута, легированного неодимом [73]. При концентрациях неодима выше 13% структура кристалла изменяется, и полярное сегнетоэлектрическое состояние изменяется на антиполярное [74].