Введение к работе
Актуальность проблемы. Исследование стуктуршх фазових переходов (ФП) несомненно является одной из центральных іфоблем физики твердого тела. В последнее время значительное внимание уделяется изучению ФП в разупорядоченных кристаллах - новом физическом объекте и перспективных материалах для прикладных исследований. В области ФП, особенно это касается фазових переходов второго роде, кристаллическая решетка неустойчивая,и это приводит к нелинейному поведению многих физических параметров. Связано это с 'возрастанием вблизи точек фазового перехода тепловых флуктуации некоторых физических' величин и, в первую очередь, флуктуации параметра порядка. В кристаллах, претерпевающих фазовые перехода, почти всегда в области перехода имеют место аномалии упругих свойств. Поэтому в течение последних двадцати лет в дополнение к существующим родственным методикам акустического резонанса и ультразвуковой спектроскопии для исследования ФП в твердом теле во вес большей степени стала применяться спектроскопия Мавдельштам-Бриллюэновского рассеяния света (МБР), которая дает информацию о длинноволновом участке акустических ветвей колебаний кристаллической решетки. Результат этих экспериментов, вместе с данными по комбинационному рассеянию света, неупругому рассеянию нейтронов и дифракции рентгеновских лучей,внесли заметный вклад в достигнутый к настоящему времени, прогресс в понимании как структурных, так и динамических аспектов Базовых перехо; в.
Характерным примером частично разупорядоченных кристаллов являются суперионные кристаллы. Фазовый переход в супериошюе состояние часто называил* плавлением проведшей подрешетки, поскольку подвижные ионы, передвигаясь в потенциальном рельефе, созданном атомами всей остальной решетки, образуют нечто подобное жидкости. Поэтому суперионные кристаллы сочетают в себе СЬОЙСЇий тпердых кристаллических тел,с одной стороны,ч свойства »>идкости,с другой. Проводимост;.. тагах соединений сравнима с проводимостью расплавов. Интерес к еупериоккым криствдлам (СИК) рвьет еозрос в последні время. Это объясняется тем, ь частности, что СИК могут служить хорошими модельными осіьектами для изучен/ія влияния
разупорядочения на физические свойства кристаллов.
Сравнительно недавно было синтезировано новое семейство су-
ПерИОННКХ ПрОВОДНИКОВ С D С 06ЩЄЙ формулой МеНАО и, где Me - Cs,
пь, мн _j а а - se, s! при понижении температуры УТИ соединения переходят из' суперионной параэластической фазы в низкопроводящую сегнетоэластическую \азу. Проводимость в них обусловлена ориентацконним разупорядочзнием молекулярных комплексов А04, что обеспечивает транспорт протонов по кристаллу. При s том реализуется динамическая сетка водородных связей. Позднее , проводяадае фазы были найдены в другом родственном семействе кристаллов мє^ао^. Механизм проводимости одинаков для этих двух семейств с а . Кристаллы были синтезированы в Институте кристаллографии РАН из еодного раствора.
Исследование упругих свойств суперионных кристаллов способствует выявлению характерных особенностей акустических явлений, связанных с разупорядочением в кристаллической решетке. Сочетаїше сегнетоэластичэского фазового перехода с изменением проводимости на три - четыре порядка в новых суперионшх соединениях с протонной проводимостью предоставляет исследователю возможность проследить за. динамикой кристаллической решетки, в условиях постепенного разупорядочения (расплавления) одной из подреаеток и выделить явления, связанные с взаимодействием акустических мед с даффузными возмущениями ионной подсистемы. Необходимо отметить также, что изучение упругих свойств С^Зерионных кристаллов ' только начинается и количество , опубликованных работ по этой тематике пока невелико.
Цель диссертационной работы. Кристаллы семейства МеНАО^ и We3H(A04s- в йизкопроводящей фазе принадлежат к моноклинной екпгокии и скорость звука только'г- одном направлении определяется одной упругой константой. Поэтому экспериментальное исследование акустических свойств кристаллов с сегнетоэластичоским суперпротикннм фаьовым переходом (ССФГТ). методом Мандельштам-Брил-люоновского рассеяния ев:та, яьляюкееся целью настоящей работы, распадается на два этапа: I). Реиекие обратной задачи' кристаллоакустики, т.е. определение упругих констант как в моноклинной,так к в сігізрионнок фазах по результатам измерений
скоростей акустические фононов в соединениях с ССФП; 2). Изучение аномалий упругих констант в окрестности сегнетоэластического -суперпротонного фазового перехода.
Основные положения, выносимые на защиту и их новизна.
Настоящая работа является первым исследованием акустических свойств . кристаллов с ССФП. Основные результаты сводятся к следующему-.
-
Определены зависимости скорости гиперзвука от направления распространения в моноклинной фазе кристаллов CsDSeo^ и Rb3H
в tRHse ) и рассчитаны компоненты упругого тензора. Выделены особые направления распространения акустических фононов в исследуемых сечениях фазовых скоростей. -
В кристаллах Rb3mseo ,> г впервые изучено температурное поведение оптической индикатрисы и величины двупрелок'ления света. Получены значения кристаллооптических параметров (угол оптических осей, ориентация индикатрисы и т.д.) как для моноклинной, так и
ДЛЯ ТрИГОНаЛЬНОЙ фаЗЫ TRHSe.
3. В кристалле TRHSe исследовалась йволюция сечения
характеристической поверхности фазовых скоростей квазипродоль
ного акустического фонона при зменении температуры, выделены
температурные зависимости упругих констант в широком
температурном интервале.
4. На примере кристалла тинзе впервые наблюдался разворот ,
характеристической поверхности фазовых скоростей квазипродолыюй
упругой волны щ . сегнетоэластическом фазовом переходе.
5. Проведенный в рамках теории Ландау анализ аномалий упругих
констант при фазовом переходе в кристалле trhsp показал, что
поведение скачка ACjj и ДО^ не соответствует теории Гзндау и
объясняется эффектом акустопротонного взаимодействия.
6. Впервые обнаружена значительная дисперсия акустических
аномалий для квазипродольной упругой волны в области фазового
перехода в TRuse, приводящая к модификации аномалии скорости на
ультразвуковых частотах. Препложена интерпретация найденной
дисперсии скорости.
Практическая ценность работы .
Полученные результаты представляют общий интерес как для динамической теории кристаллической решетки, так и для теории распространения упругих волн в анизотропных . средах. Действительно, наблюдаемая дисперсия акустических аномалий, влияние эффектов акустопротонного взаимодействия на аномалии упругих констант в окрестности ССФП, а также кристаллоакустические исследования моноклинных фаз, рассматриваемых в работе соединений, дают основатіе для дальнейших обобщений.
Публикации. Основные материалы диссертации опубликованы в. II печатных работах, список которых приведен в конце автореферата.
Апробация работы. Результаты работы докладывались и обсуждались на Xi , ' Всесоюзной конференции по физике сегнетоэлектриков (г .Черновцы, 1986 г.); Хш Всесоюзной конференции пг акустоэлоктронике и квантовой акустике (г.Черновцы, 1986 г.); Всесоюзной конференции "Оптика анизотропных сред" (г.Москва, 1987 г.); iv -ой Всесоюзной школе-семинаре по физике сегнетоэластиков (г.Днепропетровск, 1938 г.): v Всесоюзной школе-семинаре по физике сегнетоэластиков (г. Ужгород,1991 г.); 7 Международной конференции по сегнетоэлектричеству (г.Саарбрюккен, 1989 г.); 7 Европейской конференции по 'сегнетоэлектричестпу (ї\Дшюн, 1991 г.); 5-ом Советско-Польском симпозиуме по (Водородной свзи (г.Черновцы, 1989 г.); на ежегодных рабочих совещаниях ОІШ "ФазоЕые переходы в суперионных кристаллах и протонных . стеклах' (г.ДуОна, 1986-1992 г.); Московском ме*синститутском семинаре "Акустические методы исследования конденсированных сред и физическа" акустика" (г.Москва,1991 г.)
В 1990 году работа "Оптическая спектроскопия высокого разрешения фазовых переходов в сегнетоэлектриках, сегнето&ластиках и родственных материалах*, куда входили материалы-настоящей диссертации.зан^па призовое ме-сто в конкурсе работ молодых ученых, проводившимся Президиумом АН СССР.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех гл&е, заключения и библиографии; содержит v 7 рисунков, две таблиц». Полный объем диссертации - 6? страниц.. Список цитируемой литературы насчитывает f1"^ наименований
