ОПТИКА И СПЕКТРОСКОПИЯ, 2015, том 118, № 4, с. 577-581
^ СПЕКТРОСКОПИЯ ^^^^^^^^
КОНДЕНСИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ
УДК 543.42
ПЬЕЗООПТИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА НЕСОРАЗМЕРНО МОДУЛИРОВАННЫХ КРИСТАЛЛОВ Rb2ZnCl4
© 2015 г. В. Ю. Курляк, В. И. Стадник, О. В. Бовгира, В. Б. Стахура
Львовский национальный университет им. И. Франко, 79602 Львов, Украина E-mail: vasylstadnyk@ukr.net Поступила в редакцию 16.09.2014 г.
Исследовано влияние одноосных давлений вдоль главных кристаллофизических направлений на дисперсионные и температурные зависимости двулучепреломления Ani кристаллов Rb2ZnCl4. Установлено, что Ani достаточно чувствительно к действию одноосных давлений. Исследованы спектральные и температурные зависимости комбинируемых пьезооптических коэффициентов п 0m. При фазовом переходе из несоразмерной в соразмерную фазу обнаружены незначительные аномалии п 0m. Проведено разделение вкладов от электрооптического, упругооптического эффектов и параметра порядка в спонтанные изменения пьезоконстант.
DOI: 10.7868/S0030403415040121
ВВЕДЕНИЕ
Исследование пьезооптических коэффициентов п 0т кристаллов дает возможность изучить один из важнейших кристаллооптических параметров, а также проанализировать температурно-спектральную деформацию оптической индикатрисы в поле механических усилий. Кроме этого, интересно изучить поведение пьезооптических коэффициентов в области фазовых переходов (Ф П): параэлектрическая—несоразмерная—соразмерная фазы.
Ранее были обнаружены значительные аномалии п 0т в области сегнетоэлектрических, а также ФП с параэлектрической фазы (ПФ) в несоразмерную (НФ) и далее соразмерную (СФ) фазы кристаллов группы А2ВХ4: ЫК804, (МН4)2ВеБ4 [1, 2], а также К2гпС14 и К2804 [3, 4].
Цель данной работы — исследовать спектральные и температурные зависимости пьезооптиче-
ских коэффициентов п0т кристаллов ЯЪ^пС14 в области ФП, охватывающих НФ.
Кристаллы тетрахлорцинканата рубидия (ТХЦР) ЯЪ^пС14 являются типичными представителями одномерно модулированной несоразмерной структуры типа А2ВХ4. Они претерпевают стандартную для таких кристаллов последовательность ФП: ПФ (Т, = 302 К) ^ НФ (Тс = 192 К) ^ СФ [5-7].
Высокотемпературная фаза I кристалла ТХЦР является параэлектрической с пространственной группой Рпат (ттт), Z = 4 подобно кристаллам
группы K2SeO4. Промежуточная фаза II (Тс < Т < Т) является несоразмерно модулированной в a-на-правлении с волновым вектором q = (1 — ö)a*/3. Низкотемпературная фаза III (Pna21 (mm2), q = = a*/3) является несобственной сегнетоэлектри-ческой со спонтанной поляризацией вдоль с-оси и утроенным параметром элементарной ячейки вдоль псевдогексагональной a-оси. При дальнейшем охлаждении кристалл ТХЦР претерпевает фазовое превращение при 74 K в моноклинную структуру со специфической пространственной группой С1с1, которая является удвоенной относительно структуры Pna21 вдоль b- и с-осей и имеет 48 формульных единиц [7, 8].
Несоразмерную фазу кристалла ТХЦР исследовали методом дифракции электронов. При температуре ниже Tj на дифракционной картине возникают дополнительные размытые пятна, которые отвечают появлению в НФ дополнительной модуляции в ö-направлении [9, 10].
МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТА
Комбинированная разность пьезооптических констант была рассчитана по формуле
пim = 26Ani/am - 2AniSi,
(1)
где бДп,- — индуцированное изменение двулуче-преломления для направления распространения света вдоль кристаллографической оси , и давления образца вдоль оси т. Второе слагаемое учи-
4
577
Рис. 1. Дисперсия двулучепреломления кристаллов ЯЬ^пСЦ при комнатной температуре и для разных направлений одноосного сжатия. Светлые точки — механически свободный кристалл, темные точки — механически зажатый кристалл: 1 — аа = 200 бар, 2 —
оь = 200 бар, 3 - ас = 200 бар.
тывает изменение размеров образца вдоль оси i, зы — коэффициент упругой податливости.
Барические изменения двулучепреломления изучались по изменениям интерференционной картины поляризованных лучей, что регистрировалось с помощью спектрального комплекса КСВУ-23. Исследуемый образец устанавливался в криостат в диагональное положение между скрещенными николями. При прохождении через такую систему пучка белого света в фокальной плоскости спектрографа возникала интерференционная картина. Интенсивность пропускания такой системы определялась согласно известному соотношению:
I = 10 8т2(лД)Д, (2)
где 10 — интенсивность света, падающего на образец, Дп, 4 — величина двупреломления и толщина образца в направлении просвечивания.
При одноосном сжатии образца, которое осуществлялось с помощью специального приспособления, наблюдается спектральное смещение интерференционных полос, за которое отвечает изменение двупреломления. Зависимость величины Дп, от давления при этом будет определяться выражением
ДпД, а,) = к\/й(р). (3)
Измерения проводились до давлений а, ~ 200 бар. Погрешность измерения двулучепреломления составляла 5Дп, = ±2 х 10—5.
РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
Барические изменения двулучепреломления кристаллов
На рис. 1 представлена дисперсия двулучепреломления Дп, механически свободного и одноос-но зажатого кристалла ТХЦР при комнатной температуре для трех кристаллофизических направлений. Видно, что Дп, обладает значительной анизотропией, а дисперсия Дп, кристалла ТХЦР нормальная: йДпа/й\ = —1.18 х 10—5 нм—1, йДпь/й\ = = —1.70 х 10—5 нм1, йДпс/й\ = —2.88 х 10—5 нм—1.
На рис. 2 показана температурная зависимость двулучепреломления Дп, механически свободных и одноосно зажатых кристаллов ТХЦР. В ПФ подтверждено линейное увеличение Дп, при понижении температуры: йДпа/йТ = 2.5 х 10—6 К—1, йДпь/йТ = 10.3 х 10—6 К—1, йДпс/йТ = 12.3 х 10—6 К—1. При 302 К наблюдается излом кривых Дп,(Т), а также изменяется знак величины йДпа/йТ. В НФ обнаружено незначительное нелинейное изменение Дп,. В общем в НФ установлены следующие температурные коэффициенты изменений Дп,: йДпа/йТ = —6.1 х 10—6 К—1, йДщ/йТ = 9.8 х 10—6 К—1, йДпс/йТ = 2.7 х 10—6 К—1.
ПЬЕЗООПТИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА
579
При 192 К кристалл претерпевает ФП с последующими изменениями Ап{. бАпа = —5.1 х 10-5, бАпЬ = 2.8 х 10-5, бАпс = 2.0 х 10-5. В сравнении с результатами работ [11—13] нами обнаружены незначительные скачкообразные изменения Ап при ФП НФ—СФ, подтверждающие, что это ФП первого рода. Этот результат хорошо согласуется с результатами измерений удельной теплоемкости кристалла ТХЦР [14]. Авторами обнаружены следующие изменения энтальпии и энтропии при 195.2 К: АН = 6.2 Дж/моль и А^ = 6.2 Дж/моль К, указывающие на ФП первого рода из НФ в СФ.
Из рис. 1 видно, что двулучепреломление кристаллов ТХЦР чувствительно к действию одноосных давлений вдоль главных кристаллофизиче-ских направлений. При этом напряжения ат ведут к разным по знаку изменениям Ап: одноосное давление аа увеличивает Апь и уменьшает Апс; одноосное давление аЬ увеличивает Апс и уменьшает Апа, тогда как ас увеличивает двулучепреломление в а-направлении и уменьшает в ¿-направлении. Кривые Ап(Х) под действием давления качественно не изменяются, однако их дисперсия уменьшается при действии одноосных напряжений.
Обнаружено, что в кристаллах ТХЦР одноосные напряжения влияют на точки ФП и температурный ход двулучепреломления (рис. 2). Установлено, что одноосное давление не изменяет характер температурных зависимостей двулучепреломления, а изменяет только величину САп/СТ. Температурные отличия в поведении Ап(а) для механически свободного и зажатого образцов обнаружены только в области НФ. Видно, что в НФ одноосные напряжения в основном увеличивают температурную чувствительность двулучепреломления. При ФП НФ—СФ обнаружены скачкообразные изменения Ап, которые для механически зажатого кристалла несколько меньше, чем для механически свободного: бАпа = -4.22 х 10-5 и -4.5 х 10-5 для аь и ас = 200 бар соответственно, бАпЬ = 1.8 х 10-5 и 1.9 х 10-5 для ас и аа = 200 бар соответственно, бАпс = 1.9 х 10-5 и 1.8 х 10-5 для аь и аа = 200 бар соответственно.
Пьезооптические свойства кристаллов КЬ2^1пС14
На рис. 3 представлены дисперсионные зави-
0
симости пьезооптических констант п тт кристалла ТХЦР при комнатной температуре. Особенностью поведения п 0т кристаллов ТХЦР является их незначительная дисперсионная зависимость, при
этом характер дисперсии Сп 0т/СХ < 0 отвечает дисперсии показателей преломления Сп/СХ < 0 (таблица). Наиболее спектрально зависимой яв-
-4
400
600
800
X, нм
Рис. 3. Дисперсия пьезооптических констант кристаллов Rb2ZnCl4 при комнатной температуре: 1 —
0 о 0 2 0 А 0 с 0 х- 0
2 — п32, 3 — п21, 4 — ^ — п23, 6 — п31.
0 0 0 ляется константа п21, тогда как константы п12, п23
и п°°1 очень слабо изменяются в исследуемом спектральном диапазоне.
Разные знаки и спектральные изменения п 0т указывают, что влияние одноосного механического давления вдоль кристаллофизических осей а, Ь и с приводит к разному характеру изменения индуцированного двулучепреломления кристалла ТХЦР.
Дисперсия ((Сп0т/СX) х 10 14, м2/Н нм) при комнатной температуре, коэффициенты температурных изменений ((Сп0т/СТ) х 10-14, м2/Н К) и величины ска-
0 —12 2
чкообразных изменений (бпш х 10 , м /Н) при ФП
НФ-СФ пьезооптических коэффициентов п0т кристаллов Rb2ZnCl4
0 0 0 0 0 0
п12 п13 п21 п23 п31 п32
с п 0т/С X
500 нм | 0.4 | —1.7 | —2.1 | 0.6
С п 0т/СТ
0.5
1.3
ПФ НФ СФ —2.0 1.1 1.0 —1.2 1.1 0.6 2.1 —0.5 1.1 0.4 1.4 —0.5 2.5 — 1.1 1.1 —1.6 —0.7 — 1.9
—1.1 —0.6 бпт — 1.1 —1.3 —0-8 — 1.2
п0 X 1011, м2/Н
jm
Рис. 4. Температурные зависимости пьезооптических констант кристаллов Rb2ZnCl4 для длины волны X =
глл г 0 0 0 ? 0 А 0 с 0
= 500 нм: 1 — П13, 2 — п32, 3 — п21, 4 — П12, 5 — п23, /с 0
6 - П31.
На рис. 4 представлены температурные зависимости пьезооптических коэффициентов п 0m кристаллов ТХЦР. При ФП ПФ-НФ обнаружены незначительные изменения наклона кривых п 0m(T),
так что параметр dп0m/dT в большинстве случаев изменяет свой знак (таблица), за исключением
0 0 , 0 / jrri
констант п23 и п23, где параметр dпim/dT изменяет лишь свое значение. Поведение п0m(T) подтверждают известное поведение п(Т) и Лп(Т) при данном ФП. Во всей температурной о
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.