Особливості комбінаційного розсіяння світла в гіротропних кристалах тетрагональної сингонії

Для виявлення малих величин поляризаційної анізотропії ліній КРС в гіротропних кристалах, коли розщеплення ліній співмірні з їх півшириною застосовувалась методика диференціальної спектроскопії нормальних хвиль, суть якої полягає в тому, що при скануванні спектра з допомогою крокового двигуна спектрометра для кожного положення дифракційних граток монохроматора вимірюється інтенсивність КРС в двох різних поляризаційних геометріях. Якщо поляризаційні геометрії при цьому співпадають з поляризаціями нормальних хвиль, які можуть розповсюджуватись в кристалі в відповідних напрямах, то ми маємо диференціальну спектроскопію нормальних хвиль. Одержані таким чином два спектри запам'ятовуються в цифровому вигляді і можуть разом оброблятися. При цьому виключається похибка установки частоти спектрометра, неминуча при порівнянні двох спектрів з різними поляризаційними геометріями, що зареєстровані послідовно при двох проходах спектрометра. Також, суттєво зменшується внесок в диференціальний спектр повільних неконтрольованих змін потужності лазера, характерний час яких значно більший часу вимірювання інтенсивності в одній точці спектра. Перемикання поляризації падаючого на зразок лазерного випромінювання здійснювалось шляхом обертання на 1800 фазової пластинки за допомогою виконавчого механізму на базі крокового двигуна, керованого комп’ютером. Для одержання ортогональних циркулярних поляризацій використовувалась фазова пластинка /4, вісь якої орієнтувалась відносно площини поляризації поляризатора під кутом . Лінійні ортогональні поляризації отримували за допомогою двох таким же чином орієнтованих пластинок /4, одна з яких залишалась нерухомою. Установка керувалась спеціально розробленою нами та впровадженою програмою вимірювання диференціальних спектрів КРС. Такий метод дослідження дозволяє реєструвати частотні зсуви спектральних ліній порядку 0. 06 см-1 при півширині 2. 5 см-1 та співвідношенні сигнал/шум  40.

Для вимiрювання індукованої гіротропії застосовувалась методика оптимiзованого класичного поляриметра, яка дозволяє з мінімально необхідним числом поляризаційних елементів (поляризатор та аналізатор) досягти точності вимірювання кута повороту площини поляризації 1 кут. с. Суть цього методу полягає в тому, що в області поблизу положення схрещення поляризаторів вимірюється величина сигналу фотоприймача в деяких відомих положеннях аналізатора, а потім, за одержаними парами значень кутового положення аналізатора та величини відповідного сигналу фотоприймача розрахунковим шляхом відновлюється залежність інтенсивності світла від кута повороту аналізатора і визначається її мінімум, що відповідає точному значенню положення схрещення поляризаторів.

Наприкінці розділу наведено дані про підготовку кристалічних зразків.

В третьому розділі представлені результати досліджень проявів просторової дисперсії в спектрах КРС ізоструктурних гіротропних кристалів ZnP2 та CdP2 тетрагональної сингонії.

ЦД КРС в кристалах ZnP2 та CdP2 надійно спостерігається при кімнатних температурах в 90-градусній геометрії на низькочастотних Е-дублетах 99 см-1 та 93 см-1, відповідно. Величини ЦД КРС цих дублетів близькі до граничних ( = 1). Згідно моделі ізольованої полярної моди це означає, що рухи атомів відповідних мод близькі до циркулярних.

Показано, що відбивання збуджуючого лазерного променя від вихідної поверхні зразка може призводити до заниження величини ЦД КРС, що експериментально спостерігається. Наведені формули для розрахунків істинного значення ЦД КРС та експериментальні заходи, що дозволяють виключити цей маскуючий ефект.

Положення ліній, на яких може спостерігатись ЦД в спектрах КРС одновісних гіротропних кристалів в загальному випадку залежить від напрямку та величини хвильового вектора фонона q. Оскільки виявлені лінії з ЦД утворюють Е-дублети, то найпростіше вивчати розщеплення цих дублетів  від q. Вимірювання розщеплення низькочастотних Е-дублетів в кристалах ZnP2 та CdP2 проводилось в трьох 90-градусних геометріях, які забезпечували кут  між напрямком вектора q та оптичною віссю c, відповідно: 0 (q  c), /4 та /2 (qc). При цьому змінювалась орієнтація зразка при незмінних в просторі напрямках хвильових векторів збуджуючого лазерного випромінювання kl та розсіяного випромінювання в напрямку спостереження ks, що забезпечувало незмінність довжин та напрямків в просторі хвильових векторів фононів, які беруть участь в процесі розсіяння.

Залежності розщеплень низькочастотних Е-дублетів 99 см-1 в ZnP2 (Рис. 1) та 93 см-1 в CdP2 (Рис. 2), на яких спостерігається ЦД КРС, від кута  подібні і повністю протилежні типовій залежності LO-TO розщеплення Е-дублета 116 см-1 в CdP2. Розщеплення Е-мод для qc може бути, як за рахунок просторової дисперсії, так і далекодіючої кулонівської взаємодії. Ці два внески не компенсують один одного. Відсутність розщеплення Е-мод 99 см-1 в ZnP2 та 93 см-1 в CdP2 в спектрах КРС обох кристалів при qc свідчить, що обидва ці внески нульові для даного напрямку. Оскільки для цього напрямку внесок далекодіючого кулонівського поля повинен бути максимальним і зменшуватись для інших напрямків q, то можна говорити про повну відсутність розщеплення за рахунок LO-TO взаємодії. Максимального значення розщеплення Е-дублетів 99 см-1 в ZnP2 та 93 см-1 в CdP2 досягає для геометрії q  c. “Аномальна” для моделі LO-TO розщеплення залежність величини  цих дублетів від кута  знаходить своє просте пояснення як прояв просторової дисперсії першого порядку, якій відповідає один з можливих для класу 422 типів псевдотензора гірації, вказівна поверхня якого показана на Рис. 3. Для цього псевдотензора G1 = G2 = 0, а головне значення G3 = Gzz  0.

Відповідно до нашої інтерпретації залежність розщеплення Е-дублетів від модуля хвильового вектора q в геометрії q  c має бути лінійною з нульовим розщепленням при q = 0. Ця теза підтверджується при порівнянні спектрів КРС та ІЧ-поглинання в кристалах CdP2 в