Автореферат (Резонансная дифракция синхротронного излучения в кристаллах семейства KDP)

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТимени М. В. ЛОМОНОСОВАФИЗИЧЕСКИЙ ФАКУЛЬТЕТНа правах рукописиАкимова Ксения АндреевнаРезонансная дифракция синхротронного излученияв кристаллах семейства KDP01.04.07 – физика конденсированного состоянияАВТОРЕФЕРАТдиссертации на соискание ученой степеникандидата физико-математических наукМосква – 2017Работа выполнена на кафедре физики твердого тела физическогофакультета МГУ имени М. В. Ломоносова.Научный руководитель–Овчинникова Елена Николаевна, докторфизико-математических наук, доцентОфициальные оппоненты–Манцызов Борис Иванович, докторфизико-математических наук,профессор, МГУ имени М.В.ЛомоносоваБеляков Владимир Алексеевич, докторфизико-математических наук,профессор, Институт теоретическийфизики им.Л.Д.Ландау, старший научныйсотрудникМакарова Ирина Павловна, кандидатфизико-математических наук, ФНИЦ"Кристаллография и фотоника" РАН,ведущий научный сотрудникЗащита состоится «12» октября 2017 г.

в __ часов на заседаниидиссертационногосоветаМГУ.01.01.Московскогогосударственногоуниверситета имени М.В.Ломоносова по адресу: 119991, ГСП-1, Москва,Ленинские горы, МГУ, физический факультет.E-mail: Kseniia.Akimova@gmail.comС диссертацией можно ознакомиться в отделе диссертаций научнойбиблиотеки МГУ имени М. В.

Ломоносова (Ломоносовский просп., д.27) и насайте ИАС «ИСТИНА»: https://istina.msu.ru/dissertations/60587329/Автореферат разослан «__» _________ 2017 г.Ученый секретарьдиссертационного совета,кандидат физико-математических наукТ.В. Лаптинская2ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫАктуальность темы диссертацииДигидрофосфат калия KDP – кристалл, обладающий нелинейнымиоптическими свойствами и практически используемый в физике лазеров.Кристаллы семействасегнетоэлектриков.KDP являются одними из первых известныхСуществованиесегнетоэлектрическогофазовогоперехода в них исследуется с середины прошлого столетия и в значительнойстепени связано с упорядочением протонов на водородных связях припереходе из пара- в сегнетоэлектрическую фазу. Однако, несмотря на стольдлительный период изучения, до сих пор продолжаются дебаты о природефазового перехода и о влиянии геометрических факторов и туннельныхэффектов.

Гораздо менее изученным является распределение протонов впараэлектрическойфазе,кристаллографическойгдеонипозиции.занимаютПосколькутолькополовинуфазовыйпереходсопровождается упорядочением положений протонов, вращением групп PO4,и, как следствие, понижением симметрии кристалла, то представляло интересизучить возможности резонансной дифракции синхротронного излучения дляисследования сегнетоэлектрических фазовых переходов в кристаллахсемейства KDP, а также поведения протонов в параэлектрической фазе.Резонансная дифракция рентгеновского синхротронного излученияявляется современным и интенсивно развивающимся методом изученияструктурных и электронных свойств конденсированных сред.

В областиэнергий вблизи края поглощения сильно проявляются анизотропныесвойстварезонансногорассеяния,которыеобусловленывлияниемсимметрии локального окружения резонансного атома (ниже кубической) наэлектронные состояния. Одним из проявлений анизотропии резонансногорассеяния является возникновение вблизи краев поглощения запрещенных(чисто резонансных) отражений, которые отсутствуют при изотропномтомсоновском рассеянии.Поскольку эти рефлексы являются слабыми,3измерения проводятся на синхротронах, обеспечивающих необходимуюинтенсивность, a также необходимую настройку энергии синхротронногопучка на край поглощения рассматриваемых атомов.Для описания свойств запрещенных отражений в научной литературеиспользуется феноменологический подход, в котором резонансная частьатомного фактора представляется в виде суммы мультипольных вкладов,отвечающих различным физическим процессам. Такой подход до сих пороправдывал себя, поскольку описывал наблюдаемые физические явления, вчастности, термоиндуцированные отражения в кристаллах Ge, ZnO и GaN.Былипредсказаныидругиеэффекты,например,существованиезапрещенных отражений, индуцированных точечными дефектами, которыедо сих пор не наблюдались.

Таким образом, резонансный атомный факторявляется величиной, которая до настоящего времени не до конца изучена,несмотря на огромное число исследований по резонансной дифракциисинхротронного излучения. Кристаллы семейства KDP представляют интересс той точки зрения, что в них атомы водорода занимают только половинукристаллографический позиции, т.е.

кристаллы обладают естественнымидефектами. Изучение резонансной дифракции синхротронного излучения втаких веществах дает возможность определить новые добавки к тензорномуатомному фактору, возникающие из-за понижения локальной симметрии,обусловленной дефектами.Цели и задачи диссертационной работы:1.Изучение температурной зависимости интенсивности и спектральнойформы запрещенных отражений в кристаллах KDP (KH2PO4) и RDP(RbH2PO4) в пара- и сегнетоэлектрическом состоянии.2.Развитие теории, описывающей изменение интенсивности и формыэнергетического спектра чисто резонансных отражений при фазовомсегнетоэлектрическом переходе.3.Создание модели и методов численного моделирования для описания4температурного поведения интенсивности и энергетического спектразапрещенных отражений в кристаллах RDP и KDP в параэлектрическойфазе.4.Расчет на базе развитых методов энергетических спектров чисторезонансных отражений в KDP и RDP в широком интервале температури сравнение с экспериментальными данными, полученными насинхротронах третьего поколения.Научная новизнаВ работе впервые:1.Предсказан и экспериментально наблюдался с помощью резонанснойдифракциисинхротронногоизлученияскачокинтенсивностизапрещенных отражений при сегнетоэлектрическом фазовом переходе вкристаллах семейства KDP.2.Разработанатеоретическаямодель,позволяющаяописатьтемпературный рост запрещенных отражений в параэлектрической фазе,основанная на рассмотрении дополнительного вклада в резонансныйатомныйфакторметалла,обусловленногонизкосимметричнымимгновенными конфигурациями, образованными атомами водорода вэлементарной ячейке.3.Показано, что особенности энергетических спектровзапрещенныхотражений при различных температурах связанысразличиемтемпературных зависимостей трех вкладов в резонансный атомныйфактор: диполь-квадрупольного, термоиндуцированного и вклада,обусловленногомгновеннымиконфигурациями,образованнымиатомами водорода в элементарной ячейке.4.Показано, что развитый теоретический подход не только качес твенноописывает все особенности наблюдаемых экспериментальных спектров,но и позволяет получить количественные результаты, такие как энергияактивацииразличныхмгновенныхконфигурацийпротоновв5параэлектрической фазе.Достоверность представленных в диссертационной работе результатовподтверждается соответствием результатов теоретических исследований ичисленных расчетов с данными физических экспериментов.Научная и практическая значимость работыРезультаты, полученные в данной работе, представляют собой новыйподход к изучению влияния точечных дефектов (обусловленных неполнымзаполнениемрезонансныйкристаллографическойатомныйфактор.позицииРазвитатомами водорода)новыйметоднанаблюдениясегнетоэлектрического фазового перехода в кристаллах семейства KDP, атакже метод изучения распределения атомов водорода в параэлектрическойфазе с помощью спектроскопии запрещенных отражений в условияхрезонансной рентгеновской дифракции синхротронного излучения.Практически могут быть использованы:1.Формулы, полученные для описания резонансного атомного иструктурного факторов с учетом вкладов от мгновенных конфигураций,образованных атомами водорода в элементарной ячейке кристалловсемейства KDP.2.Методопределениязависящих от температуры коэффициентов,описывающих соотношение различных вкладов в резонансный атомныйфактор атомов металла и дающий возможность определить при разныхтемпературах (выше температуры фазового перехода) концентрациимгновенныхконфигураций,образованныхатомамиводорода,рассматриваемых как точечные дефекты.3.Метод наблюдения сегнетоэлектрического фазового перехода в видескачкаинтенсивностизапрещенныхотраженийврезонанснойдифракции синхротронного излучения.6Положения, выносимые на защиту:1.Теоретическая модель, описывающая резонансную частьатомногофактора в виде суммы мультипольных вкладов, включающей ранеенеизвестный вклад от мгновенных конфигураций, образованныхатомами водорода в элементарной ячейке кристалла.2.Методычисленногоструктурногомоделированияфакторовсучетомрезонансногоатомногоитемпературнозависимыхитемпературнонезависимых мультипольных вкладов.3.Применениемоделидляэнергетических спектровописаниятемпературнойзапрещенных отражений взависимостикристаллахдигидрофосфата рубидия (RDP) и дигидрофосфата калия (KDP).Апробация работыОсновные результаты исследований, представленных в диссертации,докладывались и обсуждались на следующих профильных научныхконференциях:VIIIНациональнаяконференция«Рентгеновское,синхротронное излучения, нейтроны и электроны для исследованиянаносистем и материалов.