Динаміка низькоенергетичних збуджень в шаруватих ян-теллерівських кристалах
Дослідження коливальних спектрів в шаруватих кристалах рідкісноземельних молібдатів, зв’язок низькоенергетичних електронних збуджень іонів з коливаннями кристалічної ґратки. Особливості поведінки ян-теллерівських систем при збудженні мікрохвильовим полем.
| Рубрика | Физика и энергетика |
| Вид | автореферат |
| Язык | украинский |
| Дата добавления | 24.06.2014 |
| Размер файла | 53,6 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Основна мета проведених нами досліджень полягала в пошуку можливостей створення нерівноважних структур в шаруватих ян-теллерівських еластиках. Процес зміни динамічної структури системи прийнято називати нерівноважним фазовим переходом. Виникнення нерівноважних динамічних структур можливе при виконанні декількох умов:
1) система має бути відкритою;
2) поведінка системи може бути описана тільки нелінійними рівняннями;
3) параметри, які створюють нерівноважний стан, мусять мати закритичні значення;
4) локальні нестійкості в системі повинні мати кооперативну поведінку. Експериментальні дослідження, проведені з ян-теллерівським еластиком KEr(MoO4)2, виявили можливість утворення нерівноважних структур в умовах, близьких до критичних. В цих умовах значно легше вивести систему в нелінійний режим під впливом зовнішньої сили, бо в критичній області суттєво збільшується час релаксації системи, що й полегшує утворення сильно нерівноважного стану.
Добре виражений пік (нижня крива) в спектрі є релаксаційний пік поглинання, який при певному рівні потужності НВЧ накачки переформовується - роздвоюється, а потім в центрі виникає новий пік. Таку перебудову спектра поглинання ми пов'язуємо з утворенням стійкої динамічної структури кристалічної ґратки - динамічної фази. При подальшому збільшенні потужності накачки спостерігаються нові якісні зміни спектра. Ми пов'язуємо ці зміни з послідовним виникненням нових динамічних структур. Такі зміни динамічного стану прийнято називати біфуркаціями.
У нашій системі спостерігається три біфуркації. Після третьої біфуркації в системі виникає низькочастотний шум, який при збільшенні потужності накачки відходить у низько-польову і високо-польову частини спектра. Із експериментальних даних була побудована фазова діаграма (Н,W) динамічних станів кристалу KEr(MoO4). Утворення динамічних станів ґратки пов'язано з специфікою передачі енергії від електронної підсистеми до ґратки. Магнітні збудження електронної підсистеми передаються коливанням кристалічної ґратки трьома каналами релаксації з утворенням фононів, що мають симетрію таких незвідних представлень групи симетрії кристала:
Природно припустити, що відповідно трьом каналам релаксації в кристалі і спостерігаються три біфуркації з утворенням дисипативних динамічних структур кристалічної ґратки. При цьому в системі виникає регулярний рух з однією, двома або трьома частотами відповідно. Так як при розпаді акустичного фонона на два не можуть одночасно виконуватися закони збереження енергії і квазиімпульса, то магнітодипольні збудження ян-телерівських іонів, що передаються тільки певним коливанням кристалічної ґратки, створюють сильно нерівноважний стан у фононній системі. Завдяки цьому і створюються фононні релаксаційні структури. Викликає інтерес низькочастотний шум у системі, який виникає після третьої біфуркації. Відомо, що в динамічних системах у сильно нерівноважному стані може виникати хаотичний режим руху.
Цей режим виникає не через велику кількість ступенів вільності, (згідно сучасним теоретичним уявленням їх може бути всього три), а зумовлений універсальною властивістю нелінійних динамічних систем. У літературі цей режим прийнято називати детермінованим хаосом. Основною його ознакою є виникнення в системі низькочастотного суцільного спектра. Виникає запитання про можливий сценарій переходу до детермінованого хаосу в нашій системі. Відомо три сценарії еволюції динамічних систем до хаотичного режиму руху. Аналіз показує, що в нашій системі спостерігається маршрут через квазіперіодичний режим (сценарій Рюеля-Текенса), в якому передбачається виникнення послідовності трьох біфуркацій Хопфа, після чого в системі виникає хаотичний рух. Однак ми не виключаємо, що за більших потужностей НВЧ накачки може бути реалізація переходу системи від регулярного до хаотичного руху через субгармонічний каскад (сценарій Фейгенбаума).
У п'ятому розділі обговорено альтернативну можливість утворення сильно нерівноважних станів у ян-теллерівських еластиках на прикладі CsDy(MoO4)2. Відомо, що в цьому кристалі в результаті структурного фазового переходу першого роду, зумовленого КЕЯТ, в електронній підсистемі звільняється значна енергія (1кДж/моль), яка за рахунок електрон-фононного зв'язку в основному переходить в енергію коливань кристалічної ґратки. Припускається, що при достатньо швидкому охолодженні кристалу в підсистемі іонів, що коливаються поблизу рівноважних позицій, може виникати сильно нерівноважний стан, і таким чином можуть створюватися динамічні структури кристалічної ґратки. Для створення сильно нерівноважних станів в підсистемі іонів час переходу до рівноваги повинен бути більшим часу охолодження (t, де t - час охолодження, - час релаксації системи до рівноваги). Такі умови найлегше створити в трикритичній ділянці, яка існує на (х-Т) діаграмі СsDy1-x(Eu,Gd)x(MoO4)2 при малих концентраціях домішок. Показано, що в околі трикритичної точки значно збільшується зв'язок електронних збуджень із коливаннями кристалічної ґратки, за рахунок того, що два перші електронні рівні іонів Dy3+ знаходяться в області максимальної густини фононних станів. Крім того, оцінки показують, що при незначному часі охолодження (1К/сек) в електронній підсистемі кристалу СsDy1-x(Eu,Gd)x(MoO4)2 виникає нерівноваженість значно більша ніж в експериментах по НВЧ накачці в кристалі KEr(MoO4)2, що являється доброю передумовою створення нерівноважних динамічних структур в кристалі СsDy1-x(Eu,Gd)x(MoO4)2.
ВИСНОВКИ
У дисертації узагальнено результати експериментальних досліджень формування спектрів низькоенергетичних збуджень електронної та фононної підсистем шаруватих ян-теллерівських кристалів подвійних молібдатів та досліджень впливу взаємодії між цими підсистемами на статичні і динамічні властивості кристалів. Серед представлених в дисертаційній роботі результатів найбільш важливими є такі:
При дослідженні рівноважних станів
Виявлено частотну та поляризаційну структуру спектрів низькочастотних фононів в подвійних лужно-рідкісноземельних молібдатах і встановлено механізм формування спектрів. Показано, що в області енергій 10-100см-1 оптичні фонони пов'язані з коливаннями шарових пакетів [R(MoO4)2] як цілого вздовж відповідних напрямків в кристалі. Встановлено, що структуру акустичного та низькочастотного оптичного фононного спектрів подвійних лужно-рідкісноземельних молібдатів можна достатньо точно описати в рамках одновимірної моделі.
Експериментально показано, що в подвійних лужно-рідкісноземельних молібдатах можуть встановлюватись два якісно різних типи динамічного зв'язку електронних і фононних збуджень: слабкий з утворенням «квазищілини» в акустичному спектрі (KEr(MoO4)2), і сильний - із значним розширенням електронного рівня і утворенням вібронного стану (KDy(MoO4)2, CsDy(MoO4)2).
Експериментально встановлено вплив структурних фазових переходів, зумовлених КЕЯТ, на низькочастотні збудження подвійних лужно-рідкісноземельних молібдатів, і таким чином показано, що активними в структурних фазових перетвореннях є низькочастотні електронні стани, що знаходяться в області максимальної густини фононних станів.
Встановлено, що в розбавлених ян-теллерівських кристалах має місце зміна низькочастотних електрон-фононних спектрів в залежності від концентрації домішок при деяких порогових значеннях концентрації. Для твердих розчинів подвійних лужно-рідкісноземельних молібдатів встановлено, що діамагнітні домішки можуть значно змінювати динамічний зв'язок низькочастотних електронних збуджень з коливаннями кристалічної ґратки і як стимулювати, так і руйнувати динамічний ефект Яна-Теллера.
Експериментально встановлена одномодова поведінка низькочастотних фононних мод в твердих розчинах подвійних лужно-рідкісноземельних молібдатів, в яких рідкісноземельні іони заміщуються на іони трьохвалентних металів.
Виявлено, що електронні смуги поглинання мають розвинену тонку структуру у вигляді бокових смуг в подвійних лужно-рідкісноземельних молібдатах диспрозію. Показано, що ця структура обумовлена сильним динамічним зв'язком і утворюється тільки в тих кристалах, де цей зв'язок достатньо великий.
Встановлено, що в подвійних лужно-рідкісноземельних молібдатах зовнішнє магнітне поле може значно змінювати динамічний зв'язок електронних і фононних збуджень.
Експериментально на прикладі КЕr(MoO4)2, виявлено, що в подвійних лужно-рідкісноземельних молібдатах зовнішні магнітні поля можуть як руйнувати ян-теллерівське впорядкування, так і індукувати впорядкування ян-теллерівських дисторсій. Побудовано фазові діаграми структурних станів, індукованих зовнішнім магнітним полем, в площинах (,) і (,).
При дослідженні нерівноважних станів:
На прикладі ян-теллерівського еластика KEr(MoO4)2 експериментально показано, що в шаруватих ян-теллерівських кристалах в умовах, близьких до умов критичної точки на фазовій діаграмі в площині (Н,), під дією електромагнітного НВЧ поля можуть створюватись різні динамічні стани збуджень кристалічної ґратки. Виявлено, що в залежності від потужності мікрохвильового поля можливі переходи від одного динамічного стану до іншого, в тому числі і до хаотичного режиму коливань ґратки. Виявлені закономірності таких нерівноважних фазових переходів. Запропоновано сценарій переходу до детермінованого хаосу під дією НВЧ накачки в ян-теллерівському еластику KEr(MoO4)2.
Побудовано фазову діаграму динамічних режимів ян-теллерівського еластика KEr(MoO4)2 в координатах (Н,W), де W-потужність НВЧ -накачки, Н- зовнішнє магнітне поле, в умовах, коли кристал знаходиться в сильно нерівноважному стані.
ОСНОВНІ РЕЗУЛЬТАТИ ДИСЕРТАЦІЇ ОПУБЛІКОВАНІ В ТАКИХ РОБОТАХ
Кутько В.И., Звягин А.И. Колебательные спектры кристаллов KY(MoO4)2 и KDy(MoO4)2// ФНТ.- 1972.- В. XIX.- С.38-41.
Звягин А.И., Кутько В.И. Колебательный спектр и структурные фазовые переходы в цезий-висмутовом молибдате//ФНТ.-1987.- Т. 12. В.5.-С.537-540.
Н.М. Нестеренко, В.И.Фомин, В.И.Кутько, А.И.Звягин Исследование структурного фазового перехода в CsDy(MoO4)2 по фононным спектрам. Препринт 26-82, ФТИНТ АН Украины, Харьков, 1982.
Н.М. Нестеренко, В.И. Кутько, А.И. Звягин Влияние фазового перехода на фононный спектр CsDy(MoO4)2// ФНТ.- 1978.- Т.4. №9.- С.1192-1196.
В.А. Багуля, А.И. Звягин, В.И. Кутько, А.А. Мильнер, И.В. Скоробогатова Исследование низкоэнергетических состояний KDy(MoO4)2 в области низкотемпературного фазового перехода по эффекту Зеемана в оптической области // ФНТ.-1988.- Т.14. №11.- С. 1215-1218.
В.А. Багуля, А.И. Звягин, В.И. Кутько, И.В. Скоробогатова Исследование низкоэнергетических состояний KDy(MoO4)2 в области низкотемпературного фазового перехода с помощью длинноволновой ИК спектроскопии //ФНТ.- 1988.- Т.14. В.11. -С.1218-1222.
V.A. Bagula, A.I. Zvyagin, V.I. Kut`ko, A.A. Milner, and I.V. Skorobogatova Optical and radiospectroscopic studies of antiferroelastic phase transition in KDy(MoO4)2// .Ferroelektrics.- 1990.-V.110. - P.21-34.
В.И. Кутько, И.В. Скоробогатова, В.А. Багуля, Ю.Н. Харченко, А.И. Звягин Спектроскопическое исследование низкоэнергетических состояний системы KDy(MoO4)2-KY(MoO4)2 //ФНТ.- 1991.- Т.17. № 8.- С.1023-1029.
В.И. Кутько, В.А. Пащенко, М.И. Кобец Кооперативный эффект Яна-Теллера в сегнетоэластике KEr(MoO4)2, индуцированный внешним магнитным полем //ФНТ.- 1993.- Т.19. №12. -С.1354-1356.
Е.Н. Хацько, М.И. Кобец, В.А. Пащенко, В.И. Кутько Магнитоупругий, структурный фазовый переход в CsEr(MoO4)2. В кн. Международный семинар по физике сегнетоэлектриков, Воронеж, 1994.
Vladimir Kut`ko, Michail I.Kobets Magnetic Field and Microwave Radiation Induced Phase Transitions in Anisotropic Jahn-Teller Elastic KEr(MoO4)2 // Czechoslovak Journal of Physics.- 1996. -V.46. -S.5. -P. 2555-2556.
В.И. Кутько, Ю.Н. Харченко, А.А. Степанов, Н.М. Нестеренко Магнитооптические исследования KEr(MoO4)2 в длинноволновом ИК диапазоне //ФНТ.- 1994.-Т.20. №4.- С.361-365.
Кутько В.И., Харченко Ю.Н., Нестеренко Н.М., Гурскас А.А. Спектр низкочастотных возбуждений в системе KY(MoO4)2-KEr(MoO4)2 //ФНТ.- 1996. Т.22. №7.- С.785-792.
Кутько В.И., Кобец М.И. Неравновесный фазовый переход в KEr(MoO4)2// ФНТ.-1995.- Т.21. №11.- С.1169-1173.
Kut`ko V.I. and Kobets M.I. Phonon dissipative structures induced by microwave radiation in KEr(MoO4)2// Ferroelectrics.- 1997.- V.204. -P.299-309.
Кутько В.И., Кобец М.И. Диссипативные структуры в KEr(MoO4)2, индуцированные СВЧ полем //ФНТ.- 1996.- Т.22. № 12.- С.1447-1451.
Кутько В.И., Кобец М.И., Пащенко В.А., Хацько Е.Н. Ян-теллеровское упорядочение в изинговском магнетике, индуцированное внешним магнитным полем //ФНТ.- 1995.- Т.21. № 4.- С.441-445.
Кутько В.И. Низкочастотный колебательный спектр CsDy(MoO4)2 //ФНТ.-1998.-Т.24. N4.- С.383-389.
Кутько В.И., Геращенко С.С., НедбайлоН.Ю. Особенности низкочастотного спектра возбуждений CsDy1-xBix(MoO4)2 //ФНТ.- 1999. -Т.25. №12.- С.1320-1324.
Хацько Е.Н., Переверзев Ю.В., Кобец М.И., Пащенко В.А., Кутько В.И. Особенности магнитного резонанса в CsEr(MoO4)2 //ФНТ.- 1995.- Т.21. №10.- С.1061-1067.
Khatsko E.N., Kobets M.I., Kut`ko V.I. and Paschenko V.A. Magnetic structure phase transition in CsEr(MoO4)2 //Ferroelectrics.- 1996.- V175. -P.73-77.
Gerashenko S.S., Miloslavskaya O.M., KharchenkoYu.N., Kut'ko V.I., Nesterenko N.M., Macalik L., Hermanovicz K., Hanuza J. Spectroscopic evidences of the Jahn-Teller phase transition in the mixed crystals CsDy1-xBix(MoO4)2// J. Mol. Structure.- 2001.-563-564.- P.359-364.
Микола Харченко, Володимир Кутько, Михайло Кобець, Юрій Харченко. Індуковані магнітним полем структурні фазові перетворення в шаруватих ян-теллерівських кристалах з рідкісноземельними іонами //Фізичний збірник наукового товариства ім. Тараса Шевченко. -2001.-Т.4.- С.80-86.
Gerashchenko S.S., Miloslavskaya O.V., Kharchenko Yu.N., Kut'ko V.I., Nesterenko N.M., Macalik L., Hermanowicz K., Maczka M., HanuzaJ. Bi-doping effect on the Jahn-Teller phase transition in CsDy(MoO4)2 crystal // Material Science.- 2002.-Vol.20.-No.2. -P.81-89
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Кристалічна структура та фононний спектр шаруватих кристалів. Формування екситонних станів у кристалах. Безструмові збудження електронної системи. Екситони Френкеля та Ваньє-Мотта. Екситон - фононна взаємодія. Екситонний спектр в шаруватих кристалах.
курсовая работа [914,3 K], добавлен 15.05.2015Здатність шаруватих напівпровідників до інтеркаляції катіонами лужних, лужноземельних металів, аніонами галогенів, а також органічними комплексами. Вплив інтеркаляції воднем на властивості моноселеніду ґалію. Спектри протонного магнітного резонансу.
реферат [154,0 K], добавлен 31.03.2010Природа електронних процесів, що відбуваються при високоенергетичному збудженні і активації шаруватих кристалів CdI2. Дослідження спектрів збудження люмінесценції і світіння номінально чистих і легованих атомами металів свинцю кристалів йодистого кадмію.
курсовая работа [666,8 K], добавлен 16.05.2012Загальна характеристика шаруватих кристалів, здатність шаруватих напівпровідників до інтеркаляції катіонами лужних, лужноземельних металів, аніонами галогенів, а також органічними комплексами. Ітеркаляція та інтеркаляти: методи та характеристики процесу.
реферат [200,7 K], добавлен 31.03.2010Процеси інтеркаляції водню матеріалів із розвинутою внутрішньою поверхнею. Зміна параметрів кристалічної гратки, електричних і фотоелектричних властивостей. Технологія вирощування шаруватих кристалів, придатних до інтеркалюванняя, методи інтеркалювання.
дипломная работа [454,6 K], добавлен 31.03.2010Метали – кристалічні тіла, які характеризуються певними комплексними властивостями. Дефекти в кристалах, класифікація. Коливання кристалічної решітки. Кристалізація — фазовий перехід речовини із стану переохолодженого середовища в кристалічне з'єднання.
курсовая работа [341,2 K], добавлен 12.03.2009Дослідження стану електронів за допомогою фотоелектронної й оптичної спектроскопії. Аналіз електронної й атомної будови кристалічних і склоподібних напівпровідників методами рентгенівської абсорбційної спектроскопії. Сутність вторинної електронної емісії.
реферат [226,5 K], добавлен 17.04.2013Комбінаційне і мандельштам-бріллюенівське розсіювання світла. Властивості складних фосфорвмісних халькогенідів. Кристалічна будова, фазові діаграми, пружні властивості. Фазові переходи, пружні властивості, елементи акустики в діелектричних кристалах.
курсовая работа [1,6 M], добавлен 25.10.2011Види магнітооптичних ефектів Керра. Особливості структурно-фазового стану одношарових плівок. Розмірні залежності магнітоопіру від товщини немагнітного прошарку. Дослідження кристалічної структури методом електронної мікроскопії та дифузійних процесів.
контрольная работа [1,5 M], добавлен 19.04.2016Дослідження кристалів ніобіту літію з різною концентрацією магнію. Використання при цьому методи спонтанного параметричного розсіяння і чотирьох хвильове зміщення. Розробка методики чотирьох хвильового зміщення на когерентне порушуваних поляритонах.
курсовая работа [456,8 K], добавлен 18.10.2009Сутність оптичної нестабільності (ОП). Модель ОП системи. Механізми оптичної нелінійності в напівпровідникових матеріалах. Оптичні нестабільні пристрої. Математична модель безрезонаторної ОП шаруватих кристалів. Сутність магнітооптичної нестабільність.
дипломная работа [2,5 M], добавлен 13.06.2010Основні фізико-хімічні властивості NaCI, різновиди та порядок розробки кристалохімічних моделей атомних дефектів. Побудування топологічних матриць, визначення числа Вінера модельованих дефектів, за якими можна визначити стабільність даної системи.
дипломная работа [1,0 M], добавлен 14.08.2008Область частот гіперзвуку, його природа і шкала дії. Поширення гіперзвуку в твердих тілах. Механізм поширення гіперзвуку в кристалах напівпровідників, в металах. Взаємодія гіперзвуку зі світлом. Сучасні методи випромінювання і прийому гіперзвуку.
реферат [14,5 K], добавлен 10.11.2010Електрофізичні властивості гранульованих плівкових сплавів в умовах дії магнітного поля. Дослідження електрофізичних властивостей двошарових систем на основі плівок Ag і Co, фазового складу та кристалічної структури. Контроль товщини отриманих зразків.
дипломная работа [3,9 M], добавлен 08.07.2014Система Pb-S. Константи рівноваги квазіхімічних реакцій утворення власних атомних дефектів Френзеля у кристалах Pb-S. Константи рівноваги квазіхімічних реакцій утворення власних атомних дефектів у халькогенідах свинцю на основі експериментальних даних.
дипломная работа [1,4 M], добавлен 09.06.2008Дослідження властивостей електричних розрядів в аерозольному середовищі. Експериментальні вимірювання радіусу краплин аерозолю, струму, напруги. Схема подачі напруги на розрядну камеру та вимірювання параметрів напруги та струму на розрядному проміжку.
курсовая работа [1,9 M], добавлен 26.08.2014Природа обертових, коливних і електронних спектрів. Обертовий рух, обертові спектри молекул. Рівні молекул сферичного ротатора. Спектри молекул типу асиметричного ротатора. Класифікація нормальних коливань по формі і симетрії. Електронні спектри молекул.
контрольная работа [1,7 M], добавлен 19.12.2010Отримання спектрів поглинання речовин та визначення домішок у речовині. Визначення компонент речовини після впливу плазми на досліджувану рідину за допомогою даних, отриманих одразу після експерименту, та через 10 годин після впливу плазми на речовину.
лабораторная работа [1018,3 K], добавлен 02.04.2012Методи дослідження наноматеріалів. Фізичні основи практичного використання квантово-розмірних систем. Особливості магнітних властивостей наносистем. Очищення і розкриття нанотрубок, їх практичне застосування. Кластерна структура невпорядкових систем.
учебное пособие [5,4 M], добавлен 19.05.2012Принцип роботи, конструкція та галузі використання просвітлюючих електронних мікроскопів. Дослідження мікроструктурних характеристик плівкових матеріалів в світлопольному режимі роботи ПЕМ та фазового складу металевих зразків в дифракційному режимі.
курсовая работа [3,1 M], добавлен 25.01.2013
