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

Спосіб визначення зміни внесків структурного та температурного розупорядкування в урбахівську енергію твердого кристалічного тіла при фазовому переході другого роду, який включає визначення внесків температурного та структурного розупорядкування шляхом температурних досліджень краю оптичного поглинання твердих тіл, який відрізняється тим, що додатково визначають урбахівську енергію EU та, виходячи з неперевності значень урбахівської енергії у низькоене ргетичній фазі EU Винахід відноситься до області фізики твердого тіла, зокрема до способів дослідження фазових переходів в твердих тілах, і може бути використаний як ефективний та надійний спосіб визначення L та високотемпературній фазі (EU )Н при температурі фазового переходу другого роду T , яка дорівнює Tc , знаходять зміни внесків температурного EU T та структурного EU X розупорядкування за отриманими при описі температурної залежності постійними для досліджуваного матеріалу в межах однієї фази параметрами EU0 , EU1 та температурою Ейнштейна E T X EH1 U exp EH0 U H E / TC EL 0, U EL 1 U 1 exp L E / TC , 1 де - значення параметра EU1 у високотемпературній фазі; EL 1 - значення параметра EU1 у низькотемпераU турній фазі; EH0 - значення параметра EU0 у високотемпераU турній фазі; EL 0 - значення параметра EU0 у низькотемпераU турній фазі; H E - значення температури Ейнштейна котемпературній фазі; E у висо C2 EH1 U (13) EU EU X, 90688 EU T (11) EU поведінку урбахівської енергії EU . (19) - значення температури Ейнштейна E у низькотемпературній фазі; Tc - температура фазового переходу другого роду; EU0 , EU1 - параметри, що описують температурну UA L E 3 90688 4 зміни внесків структурного та температурного розупорядкування в урбахівську енергію твердого тіла при фазовому переході другого роду. Відомо, що для багатьох твердих тіл поглинання поблизу краю оптичного поглинання зростає за експоненціальним законом, що пояснюється переходами між хвостами дозволених зон, форма й величина яких залежить від різних типів розупорядкування. Більше того, було встановлено, що температурна та спектральна залежність коефіцієнта поглинання а описується правилом Урбаха [1]: h E0 (h , T ) , (1) 0 exp EU(T ) оптичного поглинання та послідуючого використання моделі Ейнштейна для опису температурної залежності EU [3]. Згідно цього методу урбахівсь де EU - урбахівська енергія, що є мірою розупорядкованості твердого тіла і характеризує ступінь розмиття краю оптичного поглинання; 0 та EU0 , EU1 та E0 - координати точки збіжності урбахівського "віяла"; h - енергія кванта падаючого світла; T температура. Енергетична ширина урбахівського краю оптичного поглинання твердих тіл, як відомо, визначається не тільки температурним, але й структурним розупорядкуванням [2]: EU(T, X) K u2 T u2 де K - константа, u2 , (2) X T та u2 - середньоX квадратичні відхилення (зміщення) атомів від їх рівноважних позицій, викликані відповідно температурним та структурним розупорядкуванням кристалічної ґратки. Оскільки зміщення атомів від рівноважних позицій веде до зміни електричного потенціалу кристалічної ґратки, то формулу (2) записують як EU 2 k0 WT 2 WX EU T EU X, (3) 2 2 де k 0 - константа, WT та WX - середньоквадратичні відхилення від електричного потенціалу ідеально впорядкованої структури, викликані відповідно температурним та структурним розупорядкуванням, а внески температурного EU T та структурного EU X розупорядкування в урбахівсь ку 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 тіла при фазовому переході другого роду є метод, який полягає у визначенні внесків температурного та структурного розупорядкування шляхом температурних досліджень краю ка енергія EU в моделі Ейнштейна описується за допомогою співвідношення [3]: 1 , (4) EU EU0 EU1 exp E / T 1 де EU0 та EU1 - деякі постійні величини, E температура Ейнштейна, яка відповідає усередненій частоті фононних збуджень системи невзаємодіючих осциляторів. За отриманими при описі експериментальної залежності EU (Т) параметрами E за допомогою співвідношень (3) і (4) знаходять внески температурного структурного EU X EU T та розупорядкування в урбахівсь ку 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 другого роду, що супроводжуються відповідними структурними змінами, а також неперервними змінами таких енергетичних параметрів як ширина забороненої зони та урбахівська енергія. Завданням винаходу є створення способу визначення зміни внесків структурного та температурного розупорядкування в урбахівську енергію твердого тіла при фазовому переході другого роду, який дозволяв би ефективно та надійно визначати зміни внесків структурного та температурного розупорядкування в урбахівську енергію твердого тіла при фазовому переході другого роду. Поставлене завдання досягається таким чином, що запропоновано спосіб визначення зміни внесків структурного та температурного розупорядкування в урбахівську енергію твердого кристалічного тіла при фазовому переході другого роду, який включає визначення внесків температурного та структурного розупорядкування шляхом температурних досліджень краю оптичного поглинання твердих тіл, який відрізняється тим, що додатково визначають урбахівську енергію EU та, виходячи з неперервності значень урбахівської енергії у низькоенергетичній фазі EU L та високотемпературній фазі (EU )Н при температурі фазового переходу другого роду Т=Тc, знаходять зміни внесків температурного EU T та структурного EU X розупорядкування за отриманими при описі температурної залежності постійними для досліджуваного матеріалу в межах однієї фази параметрами EU0 , EU1 та температурою Ейнштейна E 5 EU T EU X EH1 U exp H / TC E EH0 EL 0, U U 1 exp EL 1 U L E / TC , (5) 1 де EH1 - значення параметра EU1 у високотеU мпературній фазі; EL 1 - значення параметра EU1 у низькотемU пературній фазі; EH0 - значення параметра EU0 у високотемU пературній фазі; EL 0 - значення параметра EU0 у низькотемU пературній фазі. H E - значення температури Ейнштейна високотемпературній фазі; E у L E - значення температури Ейнштейна E у низькотемпературній фазі. Запропонований спосіб визначення зміни внесків структурного та температурного розупорядкування в урбахівську енергію твердого тіла при фазовому переході другого роду, у порівнянні зі способом-прототипом, дозволяє надійно та ефективно визначати зміни внесків структурного та температурного розупорядкування в урбахівську енергію твердого тіла при фазовому переході другого 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 за допомогою формул (5) EU T визначають зміни внесків температурного та структурного EU X розупорядкування. Приклад конкретного використання запропонованого способу. За допомогою запропонованого способу виEU T та значено зміни внесків температурного структурного EU X 6 Спектральні залежності коефіцієнтів пропускання Τ та відбивної здатності r досліджувалися за допомогою ґраткового монохроматора МДР-3, а значення коефіцієнтів поглинання а розраховувалися за формулою EU X, T EU 90688 розупорядкування в урбахів ську енергію сегнетоелектричного кристала Sn2P2S6 при фазовому переході другого роду. 1 r 1 ln d 2 1 r 2T 4 4T 2r 2 , (6) де d - товщина зразка. Потім розраховувалися значення урбахівської енергії, температурну залежність якої наведено на Фіг.1. Видно, що при фазовому переході другого роду, який реалізується в кристалі Sn2P2S6 при Tс=337К, зазнають зміни параметри EU0 , EU1 та E , що описують температурні залежності урбахівської енергії. Так, у низькотемпературній фазі (ТТc) EH0 47,0меВ EH1 94,0меВ H 1118 . Це, у , U , E K U свою чергу, приводить до зміни внесків температурного EU T та структурного EU X розупорядкування в урбахівську енергію при фазовому переході другого роду, які складають EU X EU T 28,6меВ . Винахід може бути використаний у науководослідних лабораторіях при оптичних дослідженнях фазових переходів в твердих 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 of hydrogenated amorphus silicon // Phys. Rev. Lett. 1981. - Vol.47, №20. - P.1480-1483. 3. Yang Z., Homewood K.P., Finney M.S., Harry M.A., Reeson K.J. Optical absorption study of ion beam synthesized polycrystalline semiconducting FeSi2 // J. Appl. Phys. - 1995. - Vol.78, №3. - P.19581963. – прототип. 7 Комп’ютерна верстка А. Рябко 90688 8 Підписне Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601