Введение к работе
Электронное строение простых кристаллов типа А и АПВ„ уже хорошо изучено. Однако в более сложных тройных, четверных II т.д. кристаллах порой наблюдаются совершенно новые явления, которые могут быть объяснены только путем развития общей теории электронного строения сложных решеток. В представленной диссертации изучаются сложные альтернантные решетки, в которых имеет место чередование либо плоскостей, либо атомов двух, трех и большего числа типов. АКТУАЛЬНОСТЬ этих исследований определяется как фундаментальной необходимостью развития общей теории сложных решеток, так и конкретными практическими приложениями теории к веществам, которые имеют необычные и/или важные для практики свойства.
Недавние эксперименты на LaCuO,_s и ВаРЬ075Віо:5Оз_5 показали, что
удаление кислорода из решетки приводит к деформации кристалла и к появлению диэлектрических свойств в образцах. В то же время проведенные стандартным способом зонные расчеты не обнаружили запрещенную щель. Следовательно, тот факт, что частичные вакансии кислорода в этих кристаллах приводят к переходу металл - полупроводник, должен объясняться в рамках новой теории .
Теория точечных дефектов в кристаллах является к настоящему времени уже хорошо сложившейся, развитой областью физики конденсированного состояния вещества. Однако теория протяженных, в частности плоских, дефектов еще не оформилась. В то же время высокая значимость исследований в этой области несомненна в связи хотя бы с тем, что к плоским дефектам относятся свободные поверхности кристаллов, границы раздела пленок с подложками, двойниковые и доменные границы, границы роста зерен и т.д., т.е. те объекты, существенное влияние которых на макроскопические свойства кристаллов к настоящему времени уже хорошо понято.
Совсем немного времени прошло после открытия высокотемпературной сверхпроводимости в слоистых оксидах меди, но они уже нашли многочисленные применения в различных устройствах. Многие из их определяются или, по крайней мере, зависят от свойств поверхности, границ зерен или прослоек . Исследования сверхпроводников методом электронной микроскопии показали, что они имеют большое число различных пространственных дефектов, в частности, многочисленные естественные ступеньки на их поверхностных сколах. Было обнаружено, что
поверхность сверхпроводника часто имеет относительно высокое
сопротивление. Это может быть важно при создании туннельных
переходных слоев. Облучение поверхности сверхпроводника ( или тонких
пленок ) электронным или лазерным пучком может обеспечивать тот же
самый эффект, так как облучение ведет к созданию кислородных вакансий,
которые могут вызывать появление металлических свойств в
обрабатываемой области диэлектрика или диэлектрические свойства в металлах.
Связь теории электронного строения (микроскопической структуры) точечных дефектов с феноменологическими теориями, задачей которых является объяснение макроскопических свойств дефектных кристаллов, зачастую весьма слаба. Выполнение исследований в едином подходе, объединяющем указанные стороны проблемы, является очевидно актуальным, так как восполняет существующий разрыв между макро- и микроскопическими подходами.
НАУЧНАЯ НОВИЗНА исследования состоит в том, что с помощью простых аналитических методов без применения громоздких вычислительных процедур были получены общие картины электронного строения идеальных сложных альтернангных решеток и протяженных дефектов в них, п в ряде случаев описан механизм влияния дефектов на макроскопические свойства исследуемых веществ.
ПРАКТИЧЕСКАЯ ЦЕННОСТЬ ИССЛЕДОВАНИЯ определяется тем фактом, что к исследуемым структурам относятся вещества с недавно открытыми необычным» сверхпроводящими, оптическими, ШГШІ7ІШМІ1 II другими свойствами, которые находят самое широкое использование на практике. Большое количество интересных свойств связано с точечными и протяженными дефектами в этих кристаллах, которым и посвящено основное внимание в настоящей работе.
1. Альтернирование потенциала в подрешетке Си в Lau03_s и Bal-b^.DinjjO,^ способно привести с появлению дополнительных запрещенных полос с элсктрэнном спектре этих кристаллов, в результате чего .они могут приобретать диэлектрические свойства. Природа алыерннрования потенциала в первом случае может быть обусловлена локализацией еппиосой, а во втором случае зарядовой плотности.
2. Обрыв химических связей на линейной границе полубесконечного слоя Си02 в слоистых оксидах меди семейства перовскита ведет к появлению в электронном спектре связанных состояний, имеющих квазиодномерную структуру. Такие состояния могут иметь ступеньки на поверхности (001) и боковые грани кристалла типа (100) и (010).
3. Заряженные точечные и плоские дефекты в оксидах типа перовскита создают дополнительную поляризацию. В частности, точечный заряд е в BaTiO, при комнатной температуре создает потенциал, анизотропная часть которого на больших расстояниях от заряда выглядит как потенциал диполя, созданный зарядами е и -е, разведенными на расстояние 2 А.
Автор лично участвовал в формулировке и решении всех задач, представленных в диссертации. Лично автором проведены расчеты электронного спектра кристаллов с альтериантнымн структурами, создано программное обеспечение по расчету энергетических зон для кристаллов с альтериантнымн решетками, а также функций Грина и плотностей состояний для поверхностных дефектов, выполнены вычисления с использованием этого программного обеспечения.
Автор лично участвовал в выводе формул теории, обсуждении и анализе результатов, формулировке выводов и научных положений, выносимых на защиту.
По материалам диссертации опубликовано 6 работ. Результаты
докладывались на международных конференциях:
4-я Международная конференция по материалам и механизмам сверхпроводимости (Гренобль, 1994)
7-я Еврофизическая конференция по дефектам в диэлектриках (Лион, 1994)
СТРУКТУРА ДИССЕРТАЦИИ
