Введение к работе
Актуальность темы.
Фотогальванический эффект (ФГЭ), открытый в 1974 г.([1]), представляет собой генерацию постоянного тока (іфГ) вдоль оси спонтанной поляризации сегнетоэлектрического кристалла при облучении оптически однородного образца однородным светом: j^=GctI, где I - интенсивность облучающего света, а - коэффициент поглощения, G - фотогальванический коэффициент. Интерес к изучению ФГЭ вызван тем, что он является причиной фоторефракции (ФР) -изменения двулучепреломления под действием света [2]: 6^=8( - п<,), где 1. и п0 - показатели преломления для необыкновенной и обыкновенной волн соответственно. ФР эффект, в свою очередь, используется для создания устройств записи и хранения информации, оптических спектральных приборов с высокой селективностью, преобразования и коммутации световых пучков.
Особенно ярко фотогальванический и фоторефрактивный эффекты проявляются в кристаллах ниобата лития - ШЧЬОз. Открытие и основополагающие работы по физике ФГ и ФР эффектов связаны именно с этими кристаллами. Физические свойства ниобата лития хорошо изучены, отработана технология его выращивания и легирования различными примесями [3,4], что делает ниобат лития удобным модельным объектом для изучения. Данные обстоятельства обусловили выбор ЫЫЪОз в качестве объекта исследования.
В настоящее время исследованы основные характеристики
фотогальванического эффекта и созданы модели переноса заряда в ФР
кристаллах [5 - 8]. Однако вопрос об однозначном описании природы
фотогальванического эффекта в ниобате лития остается открытым. В частности,
различную трактовку допускают экспериментальные данные по определению
подвижности носителей в ФГЭ, измерению поляризационных характеристик
фотоиндуцированных токов в ЬйЧЪОз. Нет однозначного ответа на вопрос о природе ФГ центров, недостаточно изучены факторы, определяющие изменения фотогальванического коэффициента под действием света (в частности при воздействии на кристалл мощного короткого лазерного импульса, т.е. в условиях, когда эти изменения максимальны).
Цель работы
-
Экспериментальная оценка подвижности носителей заряда, участвующих в фотогальваническом токе в кристаллах ниобата лития.
-
Изучение характерных особенностей возбужденных светом состояний кристалла, ответственных за фотоиндуцированное усиление ФГЭ:
исследование зависимости фотогальванического коэффициента от механических напряжений и длительности светового импульса (т„);
разделение вклада различных физических механизмов (пиро-, пьезо-, фотогальванического эффектов) в электрический отклик кристалла LiNoC^ при воздействии на образец мощного короткого (30 - 50нс) лазерного импульса в спектральном диапазоне 532 - 1079 нм.
Научная новизна
-
Разработана методика определения подвижности электронов, участвующих в фотогальваническом эффекте в кристаллах ниобата лития. Она основана на записи объемных фазовых голограмм за счет отклонения фотовозбужденных электронов в магнитном поле и минимизирует влияние факторов, которые могут имитировать холловские токи, но не дают вклада в голографическую запись (влияние поверхностных зарядов; фотоиндуцированного рассеяния света; эффектов, связанных с разогревом освещенной области).
-
Впервые исследованы зависимости фотогальванического коэффициента от длительности светового импульса, а также от механических напряжений, приложенных извне или индуцированных разогревом освещенной области кристалла.
3. В спектральном диапазоне 532 - 1079 нм проведены исследования электрического отклика легированных железом или медью, номинально чистых и отожженных в вакууме кристаллов ниобата лития под действием мощного короткого (30-50нс) лазерного импульса. Обнаружена неизвестная ранее компонента электрического отклика, повторяющая форму лазерного импульса и зависящая от поглощения света.
Практическая ценность работы
-
Оценка подвижности "фотогальванических " электронов, полученная при помощи методики, основанной на записи объемных фазовых голограмм в присутствии магнитного поля, может найти применение для разработки новых физических моделей фотогальванического эффекта.
-
Полученные зависимости дифракционной эффективности голограммы от шага решетки, фотогальванического коэффициента от длительности импульса и механических напряжений могут быть полезны для управления пространственным разрешением и чувствительностью кристаллов ниобата лития при использовании их в качестве регистрирующей среды для записи голограмм.
-
Разделение вкладов различных физических механизмов в электрический отклик, вызванный воздействием на кристаллы ЫЫЪОз мощного короткого лазерного импульса, может найти применение при использовании ниобата лития в качестве детектора импульсного оптического излучения.
Защищаемые положения
-
Экспериментальные факты, полученные в работе, свидетельствуют о малой (ц < 2.5 см2/В с) подвижности электронов, участвующих в ФГЭ.
-
В ниобате лития воздействие света приводит к возникновению новых короткоживущих фотогальванических центров. Это проявляется в зависимости фотогальванического коэффициента G от длительности светового импульса а также от механических напряжений, приложенных
извне или возникающих при локальном нагреве освещенной области кристалла. 3. Обнаружена новая компонента индуцированного мощным коротким лазерным импульсом электрического отклика, повторяющая форму светового импульса и зависящая от коэффициента поглощения света.
Апробация работы и публикации
Основные результаты диссертационной работы докладывались на научных семинарах лаборатории физической электроники Института автоматики и электрометрии СО РАН, г. Новосибирск; XI Всесоюзной конференции по физике сегнетоэлектриков (г. Черновцы, Украина, 1986г.); VII Международной конференции по физике сегнетоэлектриков (IMF-7 г. Саарбрюккен, ФРГ, 1989г.); VII Международном Симпозиуме по применению сегнетоэлектриков (7th IEEE International Simposium on Application of Ferroelectrics, USA Urbana); XII Всесоюзной конференции по физике сегнетоэлектриков ВКС-12 (г. Ростов-на-Дону, 1989); VII Европейской конференции по физике сегнетоэлектриков (г. Дижон, Франция 1991г.); Всесоюзной конференции "Реальная структура и свойства ацентричных кристаллов" (г. Александров Владимирской обл.,1990); Международной конференции "Photorefractive Materials, Effects and Devices, PRM'93", (Киев, Украина, 1993 г.); Международной конференции по сегнетоэластикам, (Воронеж, сентябрь 1994 г);. VII Международном семинаре по физике сегнетоэлектриков-полупроводников. (г.Ростов - на - Дону, 1996); Международной конференции "Photorefractive Materials, Effects & Devices (PRM'97)(r. Токио, Япония, 1997). По теме диссертации опубликовано 17 работ.
Структура и объем диссертационной работы
