Введение к работе
Актуальность темі. Настоящая диссертационная раоота посвящена исследованию динамических свойств стеклообразного состояния, связанных с движением характеристических структуоных группировок, методом спектроскопии спонтанного комбинационного рассеяния 'свата в низкочастотной области спектра 0+300см"1 (9I0to-9I0,'Гц). Эта область спектра является тем исключительным диапазоном, з котором проявляются аномальные возбуждения в стеклах (избыточные по отношению к возбуждениям в кристаллических фазах аналогичных составов), причем как колебательного так к релаксационного типа.
Природа неупорядоченного конденсированного состояния является предметом современных экспериментальных и теоретических раоот. Исследования в этой области позволяют понять процесса, происходящее в новых технологических материалах: аморфных пленках, стеклах, ситаллах, керамике (в том числе и соединениях с высокотемпературной сверхпроводимостью). Фундаментальное значениа этого вопроса состоит также в том, что основные свойства, характеризующие структуру неупорядоченного твердого тела обнаружены в объектах биологического происхождения (протеин, гемоглобин) и некоторых кристаллических соединениях.
Имеющиеся в настоящее время научшіе данные, позволяют утверкдать, что аномальное поведение физических свойств стекол обусловлено тремя типами движения частиц (элементов) структуры -атомов, групп атомов. Это тепловые колебания, обратите и необратимые структурные релаксации. И если в исследовании низкотемпературных (ZSIOK) обратимых релаксаций, связанных с туннельными переходами частіш достигнут прогресс в том числе и в теоретическом плане , то структурные релаксации в обласні промежуточных температур не имеют полного описания. Более того в настоящее время ке существует единого теоретического подхода для интерпретации колебательных и релаксационных движений частиц структуры стекла и велико число всевозможных частных моделей.
Существуют принципиальные трудности при исследовании стеклообразного состояния. Хотя точно известен состав стекла, как правило, . для конкретных структурных величин не наблюдается дискретного значения, а устанавливается их статистическое распредютоние (например, распределение углов мостиксвого атома кислорода в оксидных стеклах). Для интерпретации реальних процессов в стекле не существует безусловного "идеализированного" приближения (каким является в кристаллах понятие трансляционной инвариантности
- 4 -в расположении атомов). Регистрируемые в эксперименте данные часто обусловлены несколькими различными физическими причинами (в низкочастотном комбинационном рассеянии света (КРС) происходит взалмноа наложение релаксационного и колебательного спектров). Существуют специфические свойства, зависящие от состава стекла: структурная гетерогенность, сегрегация ионов активаторов, полищелочной эффект и др. Экспериментальные метода имеют ограничения (в низкочастотном КРС - это ограничения диапазона в область низких частот, связанные с рассеянным светом, проблема энергетических измерении интенсивности рассеяния, в том числе в области критических температур) и поэтому возникаот вопрос адекватного сопоставления результатов разных методов.
По отноиении к происхождению и свойствам низкочастотной колебательной полосы (НЧКП), в рздо работ выдвигался тезис об универсальном спектральном поведении в стеклах. Если это так, то должны быть найдены аналитические выражения таких закономерностей и должны существовать общие теоретические подхода для описания структурных движений в стеклах. Наиболее распространенной моделью для интерпретации свойств НЧКП является модель упругого континуума , которая т~>ивлекает макроскопические характеристики структуры стекла (скорость звука) при аппроксимации экспериментальных данных. С другой стороны хорошо известно, что свойства структуры конкретного образца зависят не только от состава, но и, например, от условий тепловой обработки -текла после синтеза (макроскопические характеристики структуры стекла не изменяются, но изменяются проявления микроскопических характеристик структуры стекла). Поэтому вопрос о зависимости сеойств НЧКП от состава стекла, ее . происхождении, взаимосвязи с характеристическими структурными группировками и возможности полного описания поведения НЧКП во всей области спектра, а не отдельных ее участков оставался открытым.
Изучение проявлений релаксационных процессов в спектрах низкочастотного КРС, а именно, поведение квазиупругого рассеяния света, нуждается в накоплении экспериментальных данных как но объектам исследования, так и по расширению температурного и частотного диапазона экспериментальных наблюдений.
Целью данной работы являлось выяснение основных характеристик движения частиц структуры стекла на масштабах промежуточного порядка (4+400?), проявление таких движений в спектрах низкочастотного комбинационного рассеяния света, я изучение возможности их теоретического описания.
- 5 -Научную новизну представляют:
-
первое наблюдение структурносте контура низкочастотной плотности колэоателыщх состоянии в неорганических стеклах слоюшх составов и установление ее происхождения.
-
Впервые полученные аналитические зависимости спектральных свойств низкочастотной плотности колебательных состояний, которые следуют из уникальной аппроксимации контура низкочастотной плотности колебательных состояний логарифмически нормалышм распродвлог.иом с" одним параметром для стекол простейших составов.
-
Впервые обнаруженные эффекты "критической" опалесцон'дии и изменения низкочастотной плотности колебательных состояний в стеклах для Т«Т .
-
Обнаружение скачка интенсивности квазиупругого рассеяния света для области температуры 7=50 и Т=0.9'Т , вняспенение спектрально;;> распределения низкочастотной плотности колебательных состояний и ее поведения для области Т в нитратной стеклообразной системе .
Практическая значимость. Представленные в работе результаты исследований зависимости спектральных параметров НЧКП от структуры и состава стекла позволяют более полно понять природу низкочастотных колебательных возоуждокии, которое обуславливают аномальное поведение низкотемпературной теплоємкості* и теплопроводности стеклообразных материалов, применяемых в квантовой электронике, оптозлектронкке и других областях. Это в полной мере относится и к низкочастотным состояниям релаксационного типа.
Новие эВДюкты необратимых низкотемпературных структурных релаксаций наблюдались и на стеклах технологических' составов (щелочноборатшх). Это означает необходимость низкотемпературной стабилизации 1ля оптических стекол, 'используемых в космической, криогенной технике.
Апробация результатов работы, основные результаты работы докл вдвались на ill Всесоюзном симпозиуме по спектральным и оптическим свойствам стекол, Ленинград 1989г.; на IV Всесоюзной конференции по спектроскопии КРС, Ужгород 1989; в 'Физическом институте РАН, институте Общей и неорганической химии РАН, на научных конфорлі'пиях МФТИ в І984-І992Г.
Публикации, По материалам диссертации опубликовано 3 работ.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, "-заключения. приложения. Ее объем содержит l%2f
- 6 -стр., в том числе 68 рисунков, 7 таблиц и список литературы из 193 наименований.
