С Свелеба, І Катеринчук, О Семотюк - Природа ефекту термооптичної пам'яті в несумірній фазі кристалів - страница 1

Страницы:
1 

ВІСНИК ЛЬВІВ. УН-ТУ

Серія фізична. 2004. Вип.37. С.268-273

VISNYK LVIV UNIV. Ser.Physic. 2004. N. 37. P.268-273

УДК 537.94

PACS number(s): 78.20.Fm

ПРИРОДА ЕФЕКТУ ТЕРМООПТИЧНОЇ ПАМ'ЯТІ В НЕСУМІРНІЙ ФАЗІ КРИСТАЛІВ ГРУПИ A2BX4

 

С. Свелеба, І. Катеринчук, О. Семотюк, І. Куньо

Львівський національний університет імені Івана Франка, кафедра нелінійної оптики, вул. Тарнавського, 107, 79005 Львів, Україна

 

Розглянуто природу ефекту термооптичної пам'яті в несумірній фа­зі кристалів [N(CH3)4]2ZnCLb [N(CH3)4]2FeCl4, [N(CH3)4]2CoCl4, [NH2(CH3)2]CuCl4. З'ясовано, що ефект термооптичної пам'яті полягає у збігові періодів двох хвиль модуляції: стаціонарної хвилі - хвилі густини дефектів та хвилі модульованої структури. Доведено, що температурна область існування ефекту термооптичної пам'яті обмежена перехідними областями.

Ключові слова: ефект термооптичної пам'яті, несумірна фаза, опти­чне двопроменезаломлення, хвиля густини дефектів.

 

Одна із головних властивостей несумірно промодульованих фаз - утворення просторового розподілу концентрації рухомих дефектів. Наявність такого просто­рового розподілу зумовлює утворення хвилі густини дефектів. Взаємодія цієї хвилі з модульованою структурою приводить до наявності таких ефектів, як ефект в'язкої взаємодії та ефект термооптичної пам'яті. Ефект в'язкої взаємодії полягає в наявності аномальних характеристик фізичних величин у перехідних областях [1,2]. Природа цього ефекту полягає в утворенні хвилі модуляції з різнецевим зна­ченням хвильового вектора [3]. Що стосується ефекту термооптичної пам'яті, то з огляду на низку праць [4-10] цей ефект полягає у захопленні хвильового вектора несумірності сумірним значенням вищого порядку. Це захоплення зумовлене впливом поля хвилі густини дефектів і виникає, коли періоди модульованої струк­тури іхвилі густини дефектів однакові. За [11,12] у кристалі в несумірній фазі мо­жуть існувати багатомодові стани водному кристалографічному напрямі. Як легко зауважити, ефект в'язкої взаємодії справді підтверджує наявність таких багатомо-дових станів (хвиля густини дефектів, хвиля несумірної модуляції, хвиля модуля­ції з різнецевим значенням хвильового вектора). Що стосується ефекту термооп-тичної пам' яті, то остаточно незрозуміла природа наявності аномальної поведінки фізичних параметрів в околі точки стабілізації. Тобто одночасне співіснування декількох хвиль модуляції в усьому інтервалі несумірності відрізняється від утво­рення плато на температурному ході хвильового вектора, передбачуваного раніше і взятого за основу пояснення ефектів пам' яті втаких системах. Ефект пам' яті від­повідно структурних даних [13] є відображенням збігу періодів співіснуючих мо­дуляцій структури в околі температури стабілізації. Отже, аномальна поведінка

 

© Свелеба С, Катеринчук 1., Семотюк О., Куньо 1., 2004фізичних параметрів, зумовлена наявністю ефекту термооптичної пам' яті, буде дещо відрізнятися від раніше наведених відповідних аномальних змін. Тобто в температурній області існування ефекту термооптичної пам' яті повинні бути тем­пературні області взаємодії двох хвиль модуляції (стаціонарна хвиля хвиля гус­тини дефектів, хвиля зі змінним періодом хвиля несумірної модуляції). Тому ми наведемо детальні температурні дослідження оптичного двопроменезаломлення в околі існування ефекту термооптичної пам'яті кристалів [N(CH3)4]2FeCl4.

Температурні дослідження оптичного двопроменезаломлення виконували ме­тодом Сенармона за допомогою автоматизованої установки з модуляцією оптич­ного сигналу. Температуру задавали і підтримували зточністю 0,01 К. Контроль і вимірювання температури провадили за допомогою методики, описаної в [14].

Кристали вирощували із водного розчину солей [N(CH3)4]Cl і FeCl2, взятого в стехіометричному співвідношенні, при кімнатній температурі. Орієнтували виро­щені кристали за методикою, описаною в роботі [15].

На рис. 1 показано залежності спонтанного приросту оптичного двопромене-заломлення вздовж осі несумірної модуляції 5(Апс) від температури воколі точки стабілізації для кристалів [N(CH3)4]2ZnCl4, [N(CH3)4]2FeCl4, [N(CH3)4]2CoCl4, [NH2(CH3)2]CuCl4 за швидкості зміни температури 1 К/год. Як бачимо, форма спо­стережуваних аномалій ефекту термооптичної пам'яті однакова і добре узгоджу­ється зраніше наведеними результатами [4-10]. Привертає увагу той факт, що 5(Апс) у разі входження івиходу з температурної області існування ефекту термо-оптичної пам' яті змінюється швидше, ніж усередині самої області. За результата­ми [13] ефект термооптичної пам'яті полягає у збіжності періоду стаціонарної хвилі густини дефектів з періодом хвилі модуляції, тому температурній області монотонної зміни 5(Апс) в області існування ефекту термооптичної пам'яті відпо­відає область локалізації хвильового вектора несумірності на сумірному значенні вищого порядку. Температурним інтервалам входження івиходузазначеної облас­ті відповідають перехідні області. Їм властиві незбіжності хвильових векторів роз­глянутих вище хвиль модуляцій, однак водночас їхні періоди є близькими один до одного. Отже, температурні області входження івиходузобластііснування ефекту термооптичної пам' яті фактично є перехідними областями і повинні мати відпові­дні аномальні зміни 5(Апс).

Зрис. 1 також випливає, що область аномальних змін 5(Апс) є ширшою, ніж очікували. Як відомо [5], ефект термооптичної пам'яті полягає в локалізації хви­льового вектора несумірності на сумірному значенні вищого порядку. Зогляду на це температурний інтервал існування ефекту термооптичної пам' яті повинен би

становити від 0,01 до 0,1°К, оскільки п>10 (рп «1). Згідно зрис. 1 температур­ний інтервал існування ефекту термооптичної єв межах 0,5 - 2 К. Таке розширен­ня може бути зумовлене двома причинами:

по-перше, ефект термооптичної пам' яті необхідно розглядати як процес взає­модії двох хвиль модуляції, одна зякихєхвилеюгустини дефектів. Поле цієї хвилі змінює вільну енергію кристала;

по-друге, в температурний інтервал існування ефекту термооптичної пам' яті включаються перехідні області, що зумовлює розширення цього інтервалу.


Рис.1. Аномальна температурна поведінка спонтанного приросту 5(Аи)с в температурному  інтервалі   існування   ефекту  термооптичної  пам'яті для

кристалів: [N(CH3)4]2CuCl4 -      [N(CH3)4]2FeCl4 -      [N(CH3)4]2CoCl4 - Т, [N(CH3)4]2ZnCl4 -

Зі сказаного випливає, що ефект термооптичної пам'яті треба розглядати як процес взаємодії раніше записаної стаціонарної хвилі густини дефектів із хвилею модуляції. Для підтвердження цього розглянемо результати досліджень темпера­турної залежності 5(Аис) в околі точки стабілізації при кількох швидкостях зміни температури, включаючи швидкість зміни d27dW, яка відповідає умові „в'язкої" взаємодії рухомих дефектів із модульованою структурою. Отримані результати відображені на рис. 2. На температурній залежності 5(Аис) в околі точки стабіліза­ції простежуються аномальні зміни S - подібної форми, які відповідають ефекту термооптичної пам'яті (див. рис. 1, крива 1).

Зниження швидкості зміни температури зумовлює виникнення додаткових аномальних змін 5(Аис) у температурній області входження та виходу з інтервалу існування ефекту термооптичної пам' яті. Отримані аномальні зміни в області вхо­дження івиходу аналогічні до поведінки 5(Аис) за умови існування ефекту в'язкої взаємодії модульованої структури із рухомими дефектами. Тобто останній ефект полягає у взаємодії стаціонарної хвилі густини дефектів з хвилею модульованої структури, коли їхні періоди стають близькими [2]. У результаті такої взаємодії утворюється хвиля модуляції, яка і зумовлює аномальну поведінку фізичних пара­метрів у перехідній області. Що ж стосується аномальної поведінки оптичного двопроменезаломлення, то вона набуває характерної форми у вигляді виплеску. Отже, як видно зрис. 2, температурна область існування ефекту термооптичної пам' яті обмежена здвох сторін перехідними областями, про що свідчать аномалії оптичного двопроменезаломлення.


5(АЛ).106

С

25 п

 

20 -\


154

 

10 Н

5Н

 

 

268.5    269.0    269.5    270.0    270.5    271.0    271.5 272.0

7 к

 

Рис.2. Температурна залежність 5(Аи)с - f(T) для с-зрізу кристала [N(CH3)4]2FeCl4, попередньо витримано протягом 25 год при температурах ГстЛ-269,36 К; Гст2-270,36 К. Швидкість повторного проходження dT/dt-5,7 К/год (1); 2,6К/год (2); 1,3К/год (3).

Цікаво те, що зі зниженням швидкості зміни температури відбувається зву­ження температурної області існування ефекту термооптичної пам'яті. Таке зву­ження температурного інтервалу може бути зумовлене декількома причинами. 1.    Зменшення кількості хвиль густини дефектів. У разі зменшення dT/dt впро-

цесі формування хвилі густини дефектів бере участь більша кількість дефек-

тів (дефекти зрізними часами дифузії), отже, зменшується кількість хвиль гу-

стини дефектів, які єв зразку. Підтвердженням цього єтой факт, що зі змен­шенням швидкості зміни температури знижується значення точки входження вобласть існування ефекту термооптичної пам' яті. Отже, вцьому випадку зменшується ступінь розмиття аномалій ефекту термооптичної пам' яті. 2. Зі зменшенням dT/dt зростає сила взаємодії хвилі густини дефектів з хвилею модульованої структури. Відомо, вразі зростання сили взаємодії цих хвиль відбувається процес збільшення температурного інтервалу існування перехі­дної області.

Отже, як бачимо зрис. 2, зі зниженням швидкості зміни температури відбува­ється як процес зростання взаємодії двох хвиль модуляції (зростання аномальної поведінки 5(Аис) в перехідних областях), так і зменшення кількості хвиль модуля­ції, які беруть участь у формуванні цієї аномальної поведінки.

Отримані результати однозначно свідчать про виявлення стану несумірних модульованих структур, який характеризує суперпозиція декількох хвиль модуля­ції в одному кристалографічному напрямі. Сумарна модуляція структури вцьому випадку реалізується через суперпозицію таких хвиль модуляції. Тобто темпера­турним відпалюванням урізних температурних точках усередині несумірної фазиможна індукувати в кристалі складні модуляції, які складаються з декількох стабі­лізаційних хвиль. Що стосується ефекту термооптичної пам'яті, то його природу треба розглядати як процес збіжності періодів принаймні двох хвиль модуляції, одна зяких - стаціонарна хвиля густини дефектів. Про це також свідчать результа­ти дослідження другої гармоніки цього ефекту [9].

1.      Свелеба С. А., Семотюк О. В., Катеринчук 1. М., ФіцичО. 1. Співіснування промодульованих фаз у кристалі [N(CH3)4]2ZnCl4 // Вісн. Львів. ун-ту. Сер. фіз. 2001. Вип. 34. C. 56-59.

2.      Свелеба С. А. Вплив електричного поля на модульовану структуру неспівмір-ної фази кристалів [N(CH3)4]2CuCl4 // Вісн. Львів. ун-ту. Сер. фіз. 1998.

Вип. 30. C. 47-53.

3.      Свелеба С. А., Половинко 1.1., Катеринчук 1. М. та ін. Прояв в'язкої взаємодії в кристалах [N(CH3)4]2CuCl4 // Вісник Львів. ун-ту. Сер. фіз. 2000. Вип. 33.

C. 67-72.

4.      Jamet J. P. Defect-density waves and memory effects in modulated systems // Phase Transitions. 1988. Vol.11. P. 335-371.

5.      Влох О. Г., Жмурко В. С., Половинко И. И., Свелеба С. А. Индуцированные дефектами соразмерные фазы в кристаллах [N(CH3)4]2BCl4 (B-Zn, Co, Cu, Mn) // Кристаллография. 1991. Т. 36. Вып. 3. C. 769-771.

6.      Folcia С Tello M. J., Perez-Mato J. MEvidence of memory effects in a com­mensurate ferroelectric phase // Phys. Rev. B. 1987. Vol. 36. N 13. P. 7181-7183.

7.      Влох О. Г., Половинко И. И., Свелеба С. А. Проявление эффектов термической памяти в спектрах поглощения кристаллов [N(CH3)4]2CoCl4 // Физи­ка твердого тела. 1989. Т. 31. Вып. 2. С. 277-280.

8.      Vlokh О. G., Polovinko I. I., Sveleba S. A. et al. Manifestation of interaction of in­commensurate modulated structure with defects in the birefringence properties of [N(CH3)4]2FeCl4 crystals // Ferroelectrics. 1992. Vol. 131. P. 137-143.

9.      Половинко И. И., Влох О. Г., Каминский Б. В. идр. Эффект термической памя­ти и кинетические явления в несоразмерной фазе кристаллов группы A2BX4 // Физика твердого тела. 1987. Т. 32. Вып. 7. С. 2215-2217.

10.  Половинко И. И., Влох О. Г., Китык А. В., Свелеба С. А. Эффект термической памяти в кристаллах группы K2ZnCl4 // Укр. физ. журн. 1986. Т. 31. № 9.

С. 1389-1391.

11.  Багаутдинов Б. Ш., Гладкий В. В., Каллаев С. П. идр. Многоволновые моду­лированные состояния в кристаллах TMA-ZnCl4 // Письма в журнал эксперим.

итеор. физики. 1994. Т. 59. Вып. 2. C. 113-117.

12.  KuszJ., Pietravzko A., Kucharczyk D. Coexistence of the modulated phases of [N(CH3)4]2ZnCl4 // Phase Transitions. 1992. Vol. 37. P. 261-270.

13.  Багаутдинов Б. Ш., Шмытько И. М. Дифракционные свидетельства образова­ния волн плотности дефектов в несоразмерных модулированных структурах // Письма вЖЭТФ. 1994. Т. 59. Вып. 3. С. 171-174.

14.  Половинко 1.1., Рузак О. В., Свелеба С. А. та ін. Автоматизація температурних досліджень приросту оптичного двопроменезаломлення методом Сенармона

// Вісн. Львів. ун-ту. Сер. фіз. 2002. Вип. 35 C. 48-53.

15. Влох О. Г., Жмурко В. С., Половинко И. И., Свелеба С. А. О проявлении ступе­нек "чертовой лесницы" в кристаллах [N(CH3)4]2FeCl4 // Кристаллография. 1991. Т. 36. Вып. 5. С. 1315-1317.

 

 

ORIGIN OF THERMOOPTICAL MEMORY EFFECT IN THE INCOMMENSURATE PHASE OF A2BX4 CRYSTALS

S. Sveleba, I. Katerynchuk, O. Semotyuk, I. Kunyo

Ivan Franko "National University of Lviv, Tarnavskogo Str., 107, UA-79005 Lviv, Ukraine

 

In this work the origin of thermooptical memory effect in the incommensurate

phase of [N(CH3)4]2ZnCl4, [N(CH3)4]2FeCl4, [N(CH3)4]2CoCl4, [NH2(CH3)2]CuCl4 crys­tals was studied. It was determined that nature of this effect consists in the coincidence of periods of two spatially modulated oscillations. First of them is a stationary wavewave of defect's density, the second one is the wave of modulated structure. It was shown, that the temperature region of thermooptical memory effect existence is sepa­rated by transition regions.

Key words: thermooptical memory effect, incommensurate phase, optical birefrin­gence, wave of defect density.

Стаття надійшла до редколегії 23.10.2003 Прийнята до друку 12.05.2004

Страницы:
1 


Похожие статьи

С Свелеба, І Катеринчук, О Семотюк - Фазова діаграма кристала [n(ch3)4]2cucl4

С Свелеба, І Катеринчук, О Семотюк - Природа ефекту термооптичної пам'яті в несумірній фазі кристалів