Введение к работе
Актуальность темы. Бинарные соединения IV-VI групп , такие как PbTe,PbS,SnTc, представляют собой уникальный класс материалов, и в последние годы находятся под пристальным вниманием теоретиков, экспериментаторов и технологов. Сочетая структурную простоту и сложные физические свойства, они нашли широкое промышленное применение.
IV-VI соединения являются узкощелевымн полупроводниками (с эффективной щелью порядка 10~' eV). Основными свойствами Ап DVI соединений, являются: структурный фазовый переход в ннзкоснмме-трнчную фазу, происходящий при понижении температуры, и особенности системы в окрестности фазовой нестабильности [1].[2]. Экспериментальные исследования свойств этих соединений [3] вызвали поток тео|>стнческнх работ, трактующих механизм, ответственный за структурный фазовый переход. В соответствии с главенствующей точкой зрения, причиной фазового структурного пререхода является неустойчивость кристалла относительно длинноволновых поперечных оптических фононов, которые играют роль "мягкой"' моды в фазовом переходе. Однако, несмотря на заметные успехи в понимании природы структурной нестабильности, существующие микроскопические модели описывают только поведение длинноволновых колебаний, относительно которых кристаллическая решетка теряет стабильность, в то время как фононнын спектр кристалла п ок|>сстностп фазового перехода не рассматривается.
Существующие чисто феноменологические попытки описання фононних спектров фср|>оэлсктрнков нельзя признать удовлетворительными, так как описание дисперсионных фононных кривых в этих моделях достигается за счет привлечения большого числа феноменологических констант, физический смысл которых не спязан с особенностями структурных свойств этих веществ. ;
Так как структурный переход связан с неустойчивостью колебательного спектра, то в окрестности фазового перехода система должна демонстрировать универсальные свойства нон-ионного потенциала, которые могут быть однозначно определены на основе анализа симметрии структурного искажения. Поэтому, последовательная модель струк-
:і
турного перехода, может быть использована для. описания всего фононного спектра и должна описывать характерные фононные аномалии систем, близких к структурной неустойчивости.
Основной целью диссертации является создание модели, позволяющей количественно описать динамику решетки систем, близких к структурному фазовому подходу, и иллюстрация адекватности этой модели на примере расчета фононных дисперсионных кривых IV-VI
СОеДИНеНИЙ. ' ч""!
Научная новизна состоит в построении микроскопической модели электронно-колебательного взаимодействия в ссгнетоэлсктрических сосдиненях, позволяющей количественное описание фононых спектров в высокоспмметрнчной фазе л их температурной зависимости. Предлагаемая модель дает однозначную формулировку гамильтониана элсктрон-фоношюго взаимодействия на основе анализа симметрии низ-коэнергстнческих электронных состояний соединения и типа "структурного искажения при ферроэлектрическом подходе..
Практическая ценность работы. Фононные дисперсионные кривые п нх температурная зависимость являются важной характеристикой веществ близких к структурной нестабильности. Особенности электрон-фононного взаимодействия в окрестности фазового перехода играют особую роль, так как их анализ позволяет теоретическое описание уникальных диэлектрических, упругих и оптических свойств ферроэлек-. триков, которые нашли широкое практическое применение в создании звуковых датчиков, инфракрасных н экснмерных лазеров, детекторов и эмиттеров.
Развитый в работе подход к трактовке элсктрон-фононного взаимодействия и количественного анализа температурной зависимости всего фононного спектра носит методологический характер, поскольку может быть использован не только для расчета динамики решетки IV-VI соединений, но и применен к анализу фононных спектров любой системы, близкой к структурнлой неустойчивости.
Защищаемые положения. 1.Построена микроскопическая модель электронно-колебательного вза-. пмодействня в окрестности структурного фазового перехода. Адекватность модели продемонстрирована на примере кубических ссгнетоэлсктрических соединений. Показано, что модель позволяет количественно
описать фононыс спектры в пысокоснмметрнчной фазе и их температурную зависимость. Разработан метод формулировки гамильтониана электрон-фононного взаимодействия на основе анализа симметрии ннз-кознсргстнческпх электронных состояний соединения и типа искажения решетки при структурном переходе.
2. Предложен метод обобщения микроскопической вибронной модели
сегнетоэлектричеетва на расчет всего фононного спектра сегнетоэлек-
трнков в высокоснмметрнчной фазе.
-
Расчнтана температурная зависимость фононных спстров полупроводниковых .IV-VI соединений (РЬТе, PbS), обладающих достаточно широкой запрещенной шелыо в электронном спектре. Показано, что даже при комнатных температурах кристаллическая решетка IV-VI соединении близка к структурной неустойчивости.
-
Описаны все типы аномалии фононных спектров родственных фер-роэлектрнческнх IV-VI соединений (РЬТе, PbS) в рамках единого подхода, в котором все различия модельных параметров определяются симметрией и степенью близости системы к структурному фазовому переходу.
5. Проведен численный расчет фононных спектров ферроэлектриче-
ских соединений PbS и РЬТе в высокосимметрнчных направлениях при
комнатной температуре.
G. Расчнтана температурная зависимость дисперсионных кривых РЬТе в высокосимметрнчных направлениях.
Апробация работы. Результаты диссертации докладывались на 14 Всероссийской конференции по физике (гтнетоэлсктрикоп (Иваново 19-23 сентября 1995г.), на семинарах Технической школы Рейн - Западная Вестфалня (г. Аа-хен, Германия), на семинарах РНЦ "Курчатовский институт". По теме диссертации опубликовано 5 печатных работ.
Структура и объем. Диссертация состоит из введения, десяти глав, заключения, двух приложений п списка литературы. Обший объем 81 страница, включая 16 рисунков, 4 таблицы и список литературы из 77 наименований.
