Спосіб визначення зміни внесків структурного та температурного розупорядкування в урбахівську енергію твердого кристалічного тіла при фазовому переході першого роду

Спосіб визначення зміни внесків структурного та температурного розупорядкування в урбахівську енергію твердого кристалічного тіла при фазовому переході першого роду, який включає визначення внесків структурного та температурного розупорядкування шляхом температурних досліджень краю оптичного поглинання твердих кристалічних тіл, який відрізняє ться тим, що визначають зміну урбахівської енергії DЕU при температурі фазового переходу першого роду Т = Т1 та знаходять зміни внесків температурного D(ЕU)T та структурного D(ЕU)X розупорядкування за експериментальним значенням DЕU та отриманими при описі температурної залежності ЕU параметрами ЕU0, ЕU1 та температурою Ейнштейна qE 2 3 æ EU( T, X) = K ç u 2 è T 31018 + u2 ö ÷ X ø , (2) u2 u2 T X де K - константа, та середньоквадратичні відхилення (зміщення) атомів від їх рівноважних позицій, викликані відповідно температурним та структурним розу поряд куванням кристалічної ґратки. Оскільки зміщення атомів від рівноважних позицій веде до зміни електричного потенціалу кристалічної ґратки, то формулу (2) записують як 2 2 EU = k 0 (W T + W X ) = (EU )T + (EU ) X , (3) 2 2 WT WX де k0 - константа, та середньоквадратичні відхилення від електричного потенціалу ідеально впорядкованої структури, викликані відповідно температурним та структурним розупорядкуванням, а внески температурного (ЕU)T та структурного (ЕU)X розупорядкування в урбахівську енергію вважаються незалежними, еквівалентними та адитивними. Температурне розупорядкування в твердих тілах виникає за рахунок теплових коливань ґратки, що веде до розмиття краю поглинання за рахунок електрон (екситон)фононної взаємодії. Структурне розупорядкування за своєю природою може бути власним (викликаним внутрішніми дефектами структури, наприклад, вакансіями чи дислокаціями) та індукованим (викликаним такими зовнішніми чинниками, як відхилення від стехіометрії, легування, іонна імплантація, гідрогенізація і т.д.). Найбільш близьким до запропонованого способу визначення зміни внесків структурного та температурного розупорядкування в урбахівську енергію твердого кристалічного тіла при фазовому переході першого роду є метод, який полягає у визначенні внесків температурного та структурного розупорядкування шляхом температурних досліджень краю оптичного поглинання та послідуючого використання моделі Ейнштейна для опису температурної залежності ЕU [3]. Згідно цього методу урбахівська енергія ЕU в моделі Ейнштейна описується за допомогою співвідношення [4]: é ù 1 EU = EU0 + EU1 ê ú exp(q E T ) - 1û ë , (4) де ЕU0 та ЕU1 - деякі постійні величини, qE температура Ейнштейна, яка відповідає усередненій частоті фононних збуджень системи невзаємодіючих осциляторів. За отриманими при описі експериментальної залежності ЕU(Т) параметрами ЕU0, ЕU1 та qE за допомогою співвідношень (3) і (4) знаходять внески температурного (ЕU)T та структурного (ЕU)X розу поряд кування в урбахівську енергію. Недоліком цього методу є те, що він був розроблений для опису твердотільних систем, в яких не відбуваються фазові переходи, і в такому вигляді не може бути застосований для опису твердотільних кристалічних об'єктів, в яких реалізуються фазові переходи першого роду, що 4 супроводжуються відповідними структурними змінами, а також стрибкоподібними змінами таких енергетичних параметрів як ширина забороненої зони та урбахівська енергія. Завданням корисної моделі є створення способу визначення зміни внесків структурного та температурного розупорядкування в урбахівську енергію твердого кристалічного тіла при фазовому переході першого роду, який дозволяв би ефективно та надійно визначати зміни внесків структурного та температурного розупорядкування в урбахівську енергію твердого тіла при фазовому переході першого роду. Поставлене завдання досягається таким чином, що запропоновано спосіб визначення зміни внесків структурного та температурного розупорядкування в урба хівську енергію твердого кристалічного тіла при фазовому переході першого роду, який включає визначення внесків структурного та температурного розупорядкування шляхом температурних досліджень краю оптичного поглинання твердих кристалічних тіл, який відрізняється тим, що визначають зміну урбахівської енергії DЕU при температурі фазового переходу першого роду Т=Т 1 та знаходять зміни внесків температурного D(ЕU)T та структурного D(ЕU)X розупорядкування за експериментальним значенням DЕU та отриманими при описі температурної залежності Еи параметрами ЕU0, ЕU1 та температурою Ейнштейна qE DEU = (EH - EL ) T= T1 U u , (5) , é ù EH1 EH1 U U D(EU )X = D EU - ê ú H L ê exp(q E T1) - 1 exp( qE T1 ) - 1ú ë û D(EU )T = DEU - (EH0 - E L 0 ) , U U H де EU1 - значення високотемпературній фазі; параметра EU1 у EL 1 U EU1 у EH0 U EU0 у EL 0 U EU0 у значення параметра низькотемпературній фазі; значення параметра високотемпературній фазі; значення параметра низькотемпературній фазі; qH - значення температури Ейнштейна q у E E високотемпературній фазі; qL - значення температури Ейнштейна q у E E низькотемпературній фазі. Т1 - значення температури фазового переходу першого роду. Запропонований спосіб визначення зміни внесків структурного та температурного розупорядкування в урба хівську енергію твердого кристалічного тіла при фазовому переході першого роду, у порівнянні зі способомпрототипом, дозволяє надійно та ефективно визначати зміни внесків структурного та температурного розупорядкування в урбахівську 5 31018 енергію твердого кристалічного тіла при фазовому переході першого роду шляхом температурних досліджень краю оптичного поглинання. Спосіб здійснюється наступним чином: спектрометричним методом досліджують спектральні залежності коефіцієнтів поглинання кристалічного твердого тіла при різних температурах. Потім розраховують урбахівську енергію ЕU, знаходять зміну урбахівської енергії ЕU при температурі фазового переходу першого роду T=T1, температурну залежність урбахівської енергії апроксимують співвідношенням (4) у низькотемпературній (TТ1) фазах і за допомогою формул (5) визначають зміни внесків температурного D(ЕU)T та стр уктурного D(ЕU)X розупорядкування. Приклад конкретного використання запропонованого способу. За допомогою запропонованого способу визначено зміни внесків температурного D(ЕU)T та структурного D(ЕU)X розупорядкування в урбахівську енергію суперіонного кристала Cu6Pse5I при фазовому переході першого роду. Спектральні залежності коефіцієнтів пропускання Т та відбивної здатності r досліджувалися за допомогою ґраткового монохроматора МДР-3, а значення коефіцієнтів поглинання a розраховувалися за формулою é 2 4 2 2 ù 1 ê (1 - r ) + (1 - r ) + 4T r ú ln ú d ê 2T ë û , (6) де d- товщина зразка. Потім розраховувалися значення урбахівської енергії, температурну залежність якої наведено на фіг.1. Видно, що при фазовому переході першого роду, який реалізується в кристалі Сu6РSе5І при Т1=263К, зазнають зміни параметри ЕU0, ЕU1 та qE, що описують температурні залежності урбахівської енергії. Так, у низькотемпературній фазі (Т як T1) у EL 1 = 22. 2меВ , EL 1 = 44.1меВ , q H = 700К . Це, у U U E свою чергу, приводить до зміни внесків температурного D(ЕU)T та стр уктурного D(ЕU)X розупорядкування в урбахівську енергію при фазовому переході першого роду, які складають D(ЕU)X = 0.5меВ та D (ЕU)T = -4.4меВ. Винахід може бути використаний у науководослідних лабораторіях при оптичних дослідженнях фазових переходів у твердих кристалічних тілах з метою їх використання у ролі функціональних елементів для оптоелектроніки. Джерела інформації: 1. Kurik M.V. Urbach rule (Review) // Phys. Stat. Sol. (a). - 1971. - Vol.8, №1.- P.9-30. 2. Cody G.D., Tiedje Т., Abeles В., Brooks В., Goldstein Y. Disorder and the optical-absorption edge ofhydrogenated amorphus silicon // Phys. Rev. Lett. 1981.- Vol.47, №20. - P.1480-1483. 6 3. Yang Z., Homewood K.P., Finney M.S., Harry M.A., Reeson K.J. Optical absorption study of ion beam synthesized poly crystalline semiconducting FeSi2 // J. Appl. Phys. - 1995. - Vol.78, №3. - P. 195 8-1963-прототип.