Поляриметрія, мікроскопія та вирощування кристалів лангбейнітів K2Cd2xMn2 (1-x) (SO4) 3, Rb2Cd2 (SO4) 3 і Tl2Cd2 (SO4) 3

Гірник І. С. Поляриметрія, мікроскопія та вирощування кристалів лангбейнітів K2Cd2xMn2 (1-x) (SO4) 3, Rb2Cd2 (SO4) 3 і Tl2Cd2 (SO4) 3. – Рукопис. Дисертацiя на здобуття наукового ступеня кандидата фiзико-математичних наук за спецiальнiстю 01. 04. 05 – оптика, лазерна фiзика – Інститут фiзичної оптики Мiнiстерства освiти і науки України, Львiв, 2002.

Дисертацiя присвячена вирощуванню та комплексному дослiдженню оптико-фізичних властивостей монокристалiв лангбейнітів K2Cd2xMn2 (1-x) (SO4) 3, Rb2Cd2 (SO4) 3 і Tl2Cd2 (SO4) 3. Кристали K2Cd2xMn2 (1-x) (SO4) 3 вирощено методами Чохральського та Бріджмена. Методом випаровування з водних розчинів отримано кристали Rb2Cd2 (SO4) 3 і Tl2Cd2 (SO4) 3. За допомогою рентгеноструктурного аналізу, проведеного при кімнатній температурі, визначено параметри ґратки отриманих кристалів і продемонстровано їх однофазність. В результаті досліджень температурних залежностей двозаломлення, діелектричної проникності і коефіцієнту лінійного теплового розширення визначено температури фазових переходів у кристалах твердих розчинів K2Cd2xMn2 (1-x) (SO4) 3 та їх характер. На основі цих даних побудовано х, Т – фазову діаграму досліджуваних кристалів. На ній виявлено ізольовану точку – фазовий перехід ІІ роду на лінії фазових переходів І роду; її існування обґрунтовано на основі теорії Ландау.

В результаті кристалооптичних досліджень доменної структури кристалів Tl2Cd2 (SO4) 3 було виявлено “заборонену” доменну структуру. Між доменами не було області параеластичної фази. Орієнтація доменних стінок в сегнетоеластичній фазі кристалів Tl2Cd2 (SO4) 3 підтверджує висновок про існування прафази з точковою групою симетрії  3m у лангбейнітах. У кристалах Rb2Cd2 (SO4) 3 виявлено доменну структуру, що відповідає сегнетоелектричному-сегнетоеластичному фазовому переходу зі зміною симетрії 233.

Ключовi слова: лангбейніт, твердий розчин, двозаломлення, фазовий перехід, “заборонена” доменна структура, ізольована точка.

 

Гирнык И. С. Поляриметрия, микроскопия и выращивание кристаллов лангбейнитов K2Cd2xMn2 (1-x) (SO4) 3, Rb2Cd2 (SO4) 3 і Tl2Cd2 (SO4) 3. – Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук по специальности 01. 04. 05 – оптика, лазерная физика – Институт физической оптики Министерства образования и науки Украины, Львов, 2002.

Диссертация посвящена выращиванию и комплексному исследованию оптико-физических свойств монокристаллов лангбейнитов K2Cd2xMn2 (1-x) (SO4) 3, Rb2Cd2 (SO4) 3 и Tl2Cd2 (SO4) 3. Кристаллы K2Cd2xMn2 (1-x) (SO4) 3 виращены методами Чохральского и Бриджмена. Методом испарения с водных растворов получены кристаллы Rb2Cd2 (SO4) 3 и Tl2Cd2 (SO4) 3. С помощью рентгеноструктурного анализа, проведенного при комнатной температуре, определены параметры решетки полученных кристаллов и доказана их однофазность. В результате исследований температурных зависимостей двулучепреломления, диэлектрической проницаемости и коэффициента линейного теплового расширения определены температуры фазовых переходов и их характер в кристаллах твердых растворов K2Cd2xMn2 (1-x) (SO4) 3. На основе этих данных построена х, Т – фазовая диаграмма исследуемых кристаллов. На диаграмме выявлена изолированная точка – фазовый переход ІІ рода на линии фазовых переходов І рода; ее существование объяснено на основании теории Ландау.

В результате кристаллооптических исследований доменной структуры кристаллов Tl2Cd2 (SO4) 3 была выявлена “запрещенная” доменная структура. Между доменами не було обнаружено областей параэластической фазы. Ориентация доменных стенок в сегнетоэластической фазе кристаллов Tl2Cd2 (SO4) 3 подтверждает вывод о существовании прафазы с точечной группой симметрии  3m в лангбейнитах. В кристаллах Rb2Cd2 (SO4) 3 выявлена доменная структура, отвечающая сегнетоэлектрическому-сегнетоэластическому фазовому переходу со сменой симметрии 233.

Ключевые слова: лангбейнит, твердый раствор, двулучепреломление, фазовый переход, “запрещенная” доменная структура, изолированная точка.

Girnyk I. S. Polarimetry, microscopy and growth of langbeinite K2Cd2xMn2 (1-x) (SO4) 3, Rb2Cd2 (SO4) 3 and Tl2Cd2 (SO4) 3 single crystals. – Manuscript.

Thesis of a candidate's degree of the specialty 01. 04. 05 – Optics, laser physics. – Institute for Physical Optics, Ministry of Education and Sciences of Ukraine, Lviv, 2002.

Thesis is devoted to growth and complex investigations of optical, thermomechanical and dielectric properties of langbeinite K2Cd2xMn2 (1-x) (SO4) 3, Rb2Cd2 (SO4) 3 and Tl2Cd2 (SO4) 3 single crystals. K2Cd2xMn2 (1-x) (SO4) 3 crystals were grown by Czochralsky and Bridgman standard technique. It was shown that growing of quality single crystals K2Cd2xMn2 (1-x) (SO4) 3 by Czochralsky technique in the range of х  0, 5 is possible only from melts with K2SO4 excess up to 3 molar% owing to the displacement of the congruent melting point in dependence on the stoichiometric composition. The Rb2Cd2 (SO4) 3 and Tl2Cd2 (SO4) 3 crystals were obtained from the aqueous solutions by the evaporation technique. For obtained crystals the lattice parameters were determined by X-ray analysis at room temperature and their single-phase origin was shown. On the base of the temperature behavior of birefringence it was shown that the phase transitions in K2Cd2xMn2 (1-x) (SO4) 3 solid solutions with concentration x=0 – 0, 6 are the first-order phase transitions; with x=0, 7; 0, 9; 1 – the first-order phase transitions proximate to the second-order ones; K2Cd1, 6Mn0, 4 (SO4) 3 crystal (x=0, 8) possesses the second-order phase transition. On the basis of the investigated optical and physical properties of the K2Cd2xMn2 (1-x) (SO4) 3 solid solutions the concentration-temperature phase diagram was constructed, on which two peqularities are observed: K2Cd0, 8Mn1, 2 (SO4) 3 solid solution, but not the pure potassium-manganese langbeinite, possess the lowest temperature of the phase transition and the isolated point of the second-order phase transition exist on the line of the first-order phase transitions for K2Cd1, 6Mn0, 4 (SO4) 3 crystal.

The concentration-temperature phase diagram was analyzed on the base of phenomenological approach and the possibility of the isolated point existence in K2Cd2xMn2 (1-x) (SO4) 3 solid solutions was shown.

The «forbidden» ferroelastic domain structure in Tl2Cd2 (SO4) 3 crystals was found; the orientation of domain walls between three pairs of domains was defined. The boundaries between domains S2-S3, S1-S2 and S1-S3 are parallel to the planes (110), (101) and (001), respectively. The paraelastic phase region was not observed between domains, as it was seen for K2Cd2xMn2 (1-x) (SO4) 3 crystals. The orientation of the domain walls in the ferroelastic phase for TCS crystals confirm the conclusion about existence of parent phase with the point symmetry  3m in langbeinites.

In Rb2Cd2 (SO4) 3 crystals in the temperature range Ti=113K<T<Tcl=130K the domains wich belong to four orientation states that are differ by spontaneous deformation tensor, were observed. In one of these domains the optical axis coincides with <111> direction. Such domain structure corresponds to the ferroelectric-ferroelastic phase transition with a change of symmetry 233. Around Ti a wide maximum was observed on the temperature dependency of dielectric constant. At Tc2=101K<T<Ti the existence of forbidden domain walls for the phase with the point symmetry group 2 was found, this fact can be explained by coexistence of the phases with the point symmetry groups 3 and 2. It is possible to make a conclusion that the phase transition at Ti is a diffused phase transition, and that in the temperature range Tc2<T<Ti in RCS crystals the monoclinic and trigonal phases coexist.

Key words: langbeinite, solid solution, birefringence, phase transition, «forbidden» domain structure, isolated point.