Фононні спектри нелінійнооптичних кристалів LiB3O5, b-BaB2O4, Li2B4O7

ЛЬВІВСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

ІМЕНІ ІВАНА ФРАНКА

 

МОРОЗ

Ірина Євгенівна

 

УДК 535.37+536.361

 

 

01.04.10 – Фізика напівпровідників і діелектриків

 

 

ЛЬВІВ – 1999

 

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана на кафедрі експериментальної фізики Львівського державного університету імені Івана Франка.

Науковий керівник: доктор фізико-математичних наук,  професор Довгий Ярослав Остапович, Львівський державний університет імені Івана Франка, професор кафедри експериментальної фізики.

Офіційні опоненти: доктор фізико-математичних наук, професор Носенко Анатолій Єрофійович, Львівський державний університет імені Івана Франка, професор кафедри фізики напівпровідників; доктор фізико-математичних наук, Різак Василь Михайлович, Ужгородський державний університет, професор кафедри фізики напівпровідників.

Провідна установа: Інститут фізики Національної академії наук України, відділ оптичних властивостей кристалів, м.Київ.

Захист відбудеться 8 вересня 1999 р. о 15 год. 30 хв. на засіданні спеціалізованої вченої ради Д.35.051.09 при Львівському державному університеті імені Івана Франка (290005, м.Львів, вул. Драгоманова, 50, ауд. №1).

З дисертацією можна ознайомитися в науковій бібліотеці Львівського дер-жавного університету імені Івана Франка (290005, м.Львів, вул. Драгоманова, 5).

Автореферат розіслано 21 липня 1999 року.

 

 

Актуальність теми. Серед недавно синтезованих нелінійнооптичних матеріалів особливий інтерес представляють сполуки класу боратів. Вони про-зорі у широкому діапазоні довжин хвиль (від вакуумного ультрафіолету до близької інфрачервоної області), радіаційно стійкі та характеризуються високим порогом оптичної стійкості. Монокристали LiB3O5 та b-BaB2O4 є перспек-тивними для використання у пристроях нелінійної оптики, де вони за ве-личинами нелінійних сприйнятливостей перевершують такі традиційні матеріали як KDР, DKDP та KTP. Інший представник боратів – тетраборат літію Li2B4O7 - є п'єзоелектриком, придатним для використання в акусто-електроніці.

Незважаючи на значну кількість наукових публікацій, присвячених вивченню фізико-хімічних та нелінійнооптичних властивостей окислів боратів, багато задач залишаються ще не вирішеними. Насамперед це стосується дослідження фононних спектрів та впливу динаміки гратки на нелінійні параметри. 

Кристали LiB3O5, b-BaB2O4 та Li2B4O7 складаються з характерних бор-кисневих структурних фрагментів, визначальних у формуванні структури фо-нонних спектрів, і відрізняються лише катіонною підсистемою. Саме кластери (В3О6)3-, (В3О7)5- та (В4О9)6- відповідають за основні властивості вказаних мате-ріалів. За їх динамічними характеристиками можна оцінити параметри хімічних зв'язків і на цій основі виробити певні рекомендації щодо керування їх власти-востями на стадії синтезу. 

У зв'язку з цим дослідження фононних спектрів і динаміки гратки криста-лів LiB3O5, b-BaB2O4 та Li2B4O7 є актуальними як з практичної точки зору, так і з міркувань розшифрування структури їх оптичних функцій. 

Зв'язок роботи з науковими програмами. Дисертаційна робота вико-нана на кафедрі експериментальної фізики Львівського державного університету імені Івана Франка у рамках державного проекту 07.01.01./009-92 "Розробка технології, синтез та дослідження нового класу матеріалів для лазерних перетво-рювачів".

Мета і задачі дослідження. З'ясування ролі фононної підсистеми у формуванні нелінійнооптичного відгуку монокристалів LiB3O5, b-BaB2O4 та Li2B4O7 та вироблення деяких рекомендацій для прогнозування нелінійно-оптичних параметрів цих матеріалів. 

Для досягнення мети розв'язувалися такі задачі:

1. Вивчення структури ІЧ спектрів відбивання та спектрів комбінаційного розсіювання монокристалів LiB3O5, b-BaB2O4 та Li2B4O7.

2. Розрахунок характеристичних частот фононних спектрів досліджуваних кристалів.

3. Визначення внеску основних структурних бор-кисневих фрагментів мо-нокристалів окислів боратів у динаміку гратки.

4. Дослідження впливу домішок на фононний спектр тетраборату літію.

Наукова новизна одержаних результатів.

1. Виміряно та розшифровано спектри комбінаційного розсіювання світ-ла та спектри інфрачервоного поглинання для монокристалів LiB3O5, b-BaB2O4, Li2B4O7.

2. Проведено оцінку типів хімічних зв'язків монокристалів окислів боратів.

3. Досліджено вплив домішки срібла на структуру ІЧ-спектра монокрис-тала Li2B4O7, за допомогою чого вперше проведено ідентифікацію високочас-тотних смуг фононного спектра.

4. Розраховано коливні частоти бета-борату барію. Порівняння отриманих результатів з експериментальними даними свідчить на користь кластерного під-ходу у питанні вивчення динаміки гратки складних структур.

5. Оцінено внесок електронної та фононної компонент у нелінійні сприй-нятливості монокристалів LiB3O5, b-BaB2O4 та Li2B4O7.

Практичне значення одержаних результатів. Розвинуто підхід до роз-рахунку коливних частот складних сполук типу окислів боратів, що базується на кластерній моделі. Результати роботи дають змогу глибше зрозуміти роль внеску фононної складової у нелінійнооптичні сприйнятливості монокристалів LiB3O5, b-BaB2O4 та Li2B4O7. Отримано інформацію для прогнозування нелінійнооп-тичних параметрів цих матеріалів на основі кластерної моделі.

Особистий внесок здобувача. Особистий внесок дисертанта полягає у вимірюванні ІЧ- та КР- спектрів монокристалів LiB3O5, b-BaB2O4, Li2B4O7 та ІЧ-спектрів Li2B4O7, легованого сріблом; розрахунках коливних частот b-BaB2O4 методом FG-матриць; створенні програми розрахунку нелінійнооптичних сприйнятливостей та проведенні відповідних обчислень. Положення, що вино-сяться на захист, а також висновки даної роботи належать автору. У працях, виконаних разом з іншими співавторами, частка участі дисертанта рівнозначна участі інших авторів.

Апробація результатів дисертації. Результати роботи доповідалися і об-говорювалися на ХІХ Міжнародній конференції з когерентної та нелінійної оптики КИНО'91 (м.Санкт-Петербург, 1991р.), на Українсько-польському науковому семінарі (Львів, 1998р.), на щорічних наукових конференціях Львівського державного університету імені Івана Франка у 1992, 1995, 1996, 1998 та 1999 роках.

Публікації. Матеріали дисертації викладені у 8 друкованих працях, список яких