Автореферат (1104451), страница 2

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 2)

Геометрические характеристики исследованных образцов соотносятся с применёнными моделями. Результаты воспроизводимы в различных условиях исоответствуют, там где возможно провести сопоставление, литературным данным.5Апробация работыОсновные результаты работы докладывались и обсуждались на следующих конференциях и семинарах:1. 2nd International Conference “Terahertz and Microwave radiation: Generation, Detection andApplications” («TERA-2012», 20–22 июня 2012 г., Москва).2.

IX Всероссийский семинар по радиофизике миллиметровых и субмиллиметровых волн(26 февраля — 1 марта 2013 г., Нижний Новгород).3. XIV Всероссийская школа-семинар «Физика и применение микроволн». Секция 7:«Взаимодействие электромагнитного излучения с веществом» («Волны-2013», 20–25мая 2013 г., Можайск).4. XIV Всероссийская школа-семинар «Волновые явления в неоднородных средах». Секция 4: «Спектроскопия и томография» («Волны-2014», 26–31 мая 2014 г., Можайск).5. XV Всероссийская школа-семинар «Физика и применение микроволн» имени А.П.

Сухорукова. Секция 4: «Радиофотоника» («Волны-2015», 1–6 июня 2015 г., Москва —Можайск).6. XV Всероссийская школа-семинар «Волновые явления в неоднородных средах» имениА.П. Сухорукова. Секция 5: «Радиофотоника» («Волны-2016», 5–10 июня 2016 г., Москва — Можайск).Личный вклад автораВсе результаты получены автором лично или при его непосредственном участии.Автор принимал участие в постановке задачи, проведении экспериментов, обработке ианализе результатов, подготовке текстов статей и докладов на конференциях, лично выступал с устными и стендовыми докладами.ПубликацииОсновные результаты диссертации изложены в 10 работах [A1–A10].

Из них 4опубликованы в журналах из перечня рекомендованных ВАК РФ [A1–A4]. Список публикаций приведён в конце автореферата.Структура и объём диссертацииДиссертация состоит из введения, трёх глав, заключения, выводов и списка литературы из 97 наименований.

Общий объём работы составляет 98 страниц, включая 39 рисунков и 6 таблиц.6Основное содержание диссертационной работыВо Введении обоснована актуальность работы, сформулированы цель и задачи,решённые в ходе выполнения исследования, изложены основные положения, выносимыена защиту.

Дана характеристика работы: научная и практическая значимость, личныйвклад соискателя. Приведена структура диссертации и кратко изложено её содержание поглавам, дан список конференций и семинаров, на которых были представлены полученныерезультаты, и ссылка на список статей, опубликованных автором по материалам диссертации.В Главе 1 рассмотрены механизмы поглощения электромагнитных волн ТГцдиапазона в полупроводниках. Обсуждены условия применимости различных расчетныхмоделей для определения и разделения вкладов резонансных и нерезонансных механизмов в поглощение ТГц-излучения.Объектами исследования в работе выбраны монокристаллические образцы тройного непрямозонного полупроводника ZnGeP2 с минимальной шириной запрещённой зоны1,99 эВ.

Наличие термоактивированных носителей в валентной зоне приводит к необходимости учитывать вклад проводимости, описанной моделью Друде. Эта модель даёт выражение для комплексной проводимости (ν) в зависимости от частоты электромагнитной волны ν и затухания γ, связанного со средним временем между двумя последовательными соударениями, в следующем виде [11]: *( )   1 ( )  i 2 ( )  0 2 i 2 0 2 ,22  (1)где σ0 — статическая проводимость.Поскольку связь в монокристалле ZnGeP2 является ионно-ковалентной, в его спектрах присутствуют ИК-активные полярные фононные моды. Для их описания применяются аддитивная трёхпараметрическая модель гармонических осцилляторов Лоренца и/илифакторизованная четырёхпараметрическая модель Лиддена — Сакса — Теллера.В модели Лоренца комплексная функция диэлектрического отклика представлена ввиде суммы вкладов гармонических осцилляторов, спектры действительной и мнимой частей диэлектрической проницаемости рассчитываются по следующим формулам [12]: ( )     j ( )  j j 2j ( 2j  2 )( 2j  2 ) 2   2 2j j 2j j( 2j  2 ) 2   2 2j7,,(2)(3)где νj — собственная частота, Δεj — диэлектрический вклад в проницаемость и γj — затухание j-того поперечного фононного резонанса; ε∞ — высокочастотная диэлектрическаяпроницаемость.

Параметры j, j и j определяются путём минимизации среднеквадратичного отклонения рассчитываемого спектра от экспериментальных спектров пропускания и отражения. Преимуществом модели Лоренца является ее аддитивность, что позволяет определять эволюцию параметров каждой моды при изменении термодинамическихусловий независимо от остальных резонансов.При перекрытии контуров мод с одинаковой поляризацией, расположенных близкопо частоте, происходит обмен энергией между ними. Это приводит к изменению формыспектральных линий и собственных частот осцилляторов. В этом случае использована модель связанных осцилляторов [12]: j * ( ) s1 ( 22  2  i 2 )  s2 ( 12  2  i 1 )  2 s1 s2 (   i  )( 12  2  i 1 )( 22  2  i 2 )  (   i  )2,(4)где sk   k k2 — сила осциллятора (k = 1, 2), α± — действительная константа связи, характеризующая изменение частот взаимодействующих осцилляторов, δ± — мнимая константасвязи, отвечающая за изменение формы спектральных линий взаимодействующих осцилляторов.

Для определения константы α± необходимо знать частоты невзаимодействующихмод. Если это невозможно, α± традиционно полагается равной нулю.Уточняется, что модель Лоренца хорошо работает вблизи резонансов, для которыхрасщепление на продольную (LO) и поперечную (TO) компоненты мало и величины затуханий оптических LO- и TO-мод близки. В тех случаях, когда это расщепление велико исказывается зависимость затухания от частоты, применена модель Лиддена — Сакса —Теллера (LST) [13].

В обобщённом виде для произвольного числа LO- и TO-ветвей выражение для комплексной диэлектрической проницаемости имеет вид [14]: 2jLO   2  i jLO, * ( )     22j  jTO    i jTO(5)где νjLO, νjTO — собственные частоты продольного и поперечного оптического фононов,соответственно; γjLO, γjTO — их затухания. Диэлектрический вклад мод определяется из (5)в приближении →0 [15]: 2jLO   2jTO j    2jTO2 kLO  2jTO.22k  j  kTO   jTO(6)Акцентируется, что затухание фононных мод является величиной, зависящей отчастоты [16].

Поэтому правильный набор параметров получается только для диапазоначастот в некоторой близости от резонанса. При удалении от него начинает проявляться8частотная зависимость функции затухания, не учитываемая ни в модели Лоренца, ни вмодели LST, в которых затухание полагается константой.Ангармонизм колебаний кристаллической решётки обусловливает многофононноепоглощение.

Частным случаем являются двухфононные разностные процессы, при которых акустический фонон поглощает фотон и переходит на оптическую ветвь [17], [18]. Всилу того, что заселённость акустической ветви имеет выраженную температурную зависимость, а заселённость оптической ветви — слабую, то интенсивность переходов междуними определяется заселённостью акустической ветви в соответствии с законом Бозе —Эйнштейна [17]:1 kTini   e Б  1 ,(7)где ni — количество частиц в i-том состоянии, ħi — энергия i-го состояния, kБ — постоянная Больцмана, T — температура.Индикатором двухфононных разностных процессов в спектрах является изменяющийся с температурой диэлектрический вклад j модельных осцилляторов при неизменности их ширины и положения по частоте, обусловленный изменением интенсивности переходов вследствие уменьшения заселённости акустической ветви при охлаждении.

ВТГц-диапазоне частот диэлектрические потери определяются однофононными и многофононными процессами. Для определения вклада многофононных разностных процессовнеобходимо выделить однофононный вклад. Параметрами фононного резонанса являютсявеличины Δεj, νj, γj. Согласно правилу сумм, Δεj фонона не зависит от температуры. νj изменяется с температурой слабо, и этим измененнием на ТГц-частотах можно пренебречь.Поэтому основным параметром, определяющим температурную эволюцию контура однофононного резонанса является γj [19], [20].Резюмируется, что по температурному поведению затухания γj и вклада мод Δεjможно определить природу механизмов поглощения электромагнитного излучения.Уменьшение коэффициента затухания γj при охлаждении образца укажет на однофононный вклад.

Уменьшение же Δεj с температурой приведет к нарушению правила сумм и исключению однофонной природы поглощения. В этом случае доминирующую роль в поглощении ТГц-излучения будут играть двухфононные разностные процессы.Таким образом, модели, проанализированные в настоящей главе, позволяют в полной мере описать поглощение электромагнитного излучения, определённое различнымимеханизмами диэлектрических потерь в монокристалле ZnGeP2.9В Главе 2 дано описание экспериментальных методик, с помощью которых исследовано пропускание и отражение электромагнитных волн монокристаллическими образцами ZnGeP2 в диапазоне частот 5 – 5 000 см-1 и температурном интервале 10–300 К.

Приведены характеристики исследованных образцов. Проанализированы измеренные и рассчитанные (с применением моделей, описанных в главе 1) спектры пропускания и отражения плоскопараллельных образцов ZnGeP2 в поляризациях E∥c и E⊥c.Для изучения механизмов поглощения электромагнитного излучения субмиллиметрового диапазона (СБММ) в кристалле ZnGeP2 применены лампы обратной волны(ЛОВ). В спектрометрах на их основе излучение распространяется в открытом пространстве, и используются квазиоптические методы. Лампы различного типа генерируют излучение в области частот от 30 до 1450 ГГц (1–50 см-1) со степенью монохроматичности  ~ 104  105 и длиной когерентности более 2 м [21], [22]. Такая монохроматичностьизлучения ЛОВ дает возможность измерять спектры пропускания и отражения материаловс высокой точностью.

Характеристики

Список файлов диссертации