Введение в спектроскопию диэлектриков. Часть I. Васильев А.Н - 170 стр.

UptoLike

SE q
s
s
ij s
s
k
k
kk==DW Whh() ()
,
2
2
. (12.9)
Ýòà âåëè÷èíà íàçûâàåòñÿ «ôàêòîðîì Õóàíãà—Ðèñà». Êàê
áûëî ïîêàçàíî íåçàâèñèìî â ðàáîòàõ [95, 96], âåëè÷èíû
(12.9) èãðàþò îñíîâíóþ ðîëü â ôîðìèðîâàíèè ëèíèè ïîãëî
-
ùåíèÿ è èñïóñêàíèÿ ñâåòà.
12.2 Ôîíîíû â êðèñòàëëàõ ñ äåôåêòàìè
Åñòåñòâåííî, ÷òî íàëè÷èå äåôåêòîâ â êðèñòàëëå èçìåíÿåò
íå òîëüêî ýëåêòðîííûå ñîñòîÿíèÿ, íî è ôîíîííûå. Äåôåêòû
ñíèìàþò òðàíñëÿöèîííóþ ñèììåòðèþ êðèñòàëëà, è ïîýòîìó
âîëíîâîé âåêòîð
k
ïåðåñòàåò áûòü õîðîøèì êâàíòîâûì ÷èñ
-
ëîì, îïèñûâàþùèì ôîíîíû.  ýòîì ñëó÷àå ïîäðîáíîå îïèñà
-
íèå ôîíîíîâ è èõ âçàèìîäåéñòâèÿ ñ ýëåêòðîííîé ïîäñèñòåìîé
ñëîæíåå, ÷åì â èäåàëüíîì êðèñòàëëå, è ïîýòîìó ìû îòìåòèì
òîëüêî îñíîâíûå îòëè÷èÿ îò ïðåäûäóùåãî ñëó÷àÿ.
Åñëè ïðåíåáðå÷ü ýëåêòðîí-ôîíîííûì âçàèìîäåéñòâèåì,
òî äåôåêòû ïðèâîäÿò ê ðàññåÿíèþ ôîíîíîâ è ê ïîÿâëåíèþ ëî-
êàëüíûõ ìîä. Ðàññåÿíèå ôîíîíîâ äåôåêòîì ìîæåò áûòü îïè-
ñàíî â íóëåâîì ïðèáëèæåíèè, òî åñòü â áàçèñå ôîíîíîâ ñ îïðå-
äåëåííûì
k
â èäåàëüíîì êðèñòàëëå. Â òàêîì ïðèáëèæåíèè
ðàññåÿíèå âûçûâàåò ïåðåõîäû ìåæäó ðàçëè÷íûìè ìîäàìè (îò
ks
-ôîíîíîâ ê
¢¢
k s
-ôîíîíàì). Ýòîò ýôôåêò âàæåí äëÿ îïèñà-
íèÿ òåðìàëèçàöèè ôîíîííîé ïîäñèñòåìû, òåðìîïðîâîäèìîñòè
è ò.ä. Äëÿ îïèñàíèÿ ýëåêòðîí-ôîíîííîãî âçàèìîäåéñòâèÿ ðàñ-
ñåÿíèå èìååò ìåíüøåå çíà÷åíèå.
Âçàèìîäåéñòâèå ôîíîíîâ ñ ðàçëè÷íûìè âîëíîâûìè âåê
-
òîðàìè
k
ìîæåò ïðèâîäèòü ê îáðàçîâàíèþ ëîêàëüíûõ ìîä
(ìîæíî ñðàâíèòü ñ îáðàçîâàíèåì ëîêàëüíûõ ýëåêòðîííûõ
ñîñòîÿíèé, ñì. óðàâíåíèå (9.1)). Ýòè ìîäû õàðàêòåðèçóþòñÿ
÷àñòîòàìè
W
l
. Äëÿ ëîêàëüíûõ ìîä ñäâèãè àòîìîâ èç ïîëîæå
-
íèÿ ðàâíîâåñèÿ óìåíüøàþòñÿ ñ ðîñòîì ðàññòîÿíèÿ îò äåôåêòà.
 ïðåäåëüíîì ñëó÷àå ìîæíî ðàññìàòðèâàòü êîëåáàíèÿ ñàìîãî
äåôåêòà è îäíîé-äâóõ êîîðäèíàöèîííûõ ñôåð âîêðóã íåãî.
Ýòè ëîêàëüíûå ìîäû ìîãóò êëàññèôèöèðîâàòüñÿ ñ èñïîëüçî
-
âàíèåì òî÷å÷íîé ñèììåòðèè ïîçèöèè äåôåêòà. Ïîýòîìó ìîãóò
ñóùåñòâîâàòü íåâûðîæäåííûå ñîñòîÿíèé (
A
-ìîäû), äâóêðàò
-
íî (
E
-ìîäû) è òðåõêðàòíî (
T
-ìîäû) âûðîæäåííûå ñîñòîÿíèÿ.
Êàæäàÿ âûðîæäåííàÿ ìîäà îïèñûâàåòñÿ äâóìÿ (äëÿ
E
-ìîä) èëè òðåìÿ ñëó÷àå
T
-ìîä) íîðìàëüíûìè êîîðäèíàòà
-
ìè. Èç-çà âûðîæäåíèÿ ýòè êîîðäèíàòû íå îïðåäåëÿþòñÿ îä
-
íîçíà÷íî.
169
       S ks = DE hW s (k) = qij2 , ks W s (k) 2h .   (12.9)

Ýòà âåëè÷èíà íàçûâàåòñÿ «ôàêòîðîì Õóàíãà—Ðèñà». Êàê
áûëî ïîêàçàíî íåçàâèñèìî â ðàáîòàõ [95, 96], âåëè÷èíû
(12.9) èãðàþò îñíîâíóþ ðîëü â ôîðìèðîâàíèè ëèíèè ïîãëî-
ùåíèÿ è èñïóñêàíèÿ ñâåòà.

12.2    Ôîíîíû â êðèñòàëëàõ ñ äåôåêòàìè
     Åñòåñòâåííî, ÷òî íàëè÷èå äåôåêòîâ â êðèñòàëëå èçìåíÿåò
íå òîëüêî ýëåêòðîííûå ñîñòîÿíèÿ, íî è ôîíîííûå. Äåôåêòû
ñíèìàþò òðàíñëÿöèîííóþ ñèììåòðèþ êðèñòàëëà, è ïîýòîìó
âîëíîâîé âåêòîð k ïåðåñòàåò áûòü õîðîøèì êâàíòîâûì ÷èñ-
ëîì, îïèñûâàþùèì ôîíîíû.  ýòîì ñëó÷àå ïîäðîáíîå îïèñà-
íèå ôîíîíîâ è èõ âçàèìîäåéñòâèÿ ñ ýëåêòðîííîé ïîäñèñòåìîé
ñëîæíåå, ÷åì â èäåàëüíîì êðèñòàëëå, è ïîýòîìó ìû îòìåòèì
òîëüêî îñíîâíûå îòëè÷èÿ îò ïðåäûäóùåãî ñëó÷àÿ.
     Åñëè ïðåíåáðå÷ü ýëåêòðîí-ôîíîííûì âçàèìîäåéñòâèåì,
òî äåôåêòû ïðèâîäÿò ê ðàññåÿíèþ ôîíîíîâ è ê ïîÿâëåíèþ ëî-
êàëüíûõ ìîä. Ðàññåÿíèå ôîíîíîâ äåôåêòîì ìîæåò áûòü îïè-
ñàíî â íóëåâîì ïðèáëèæåíèè, òî åñòü â áàçèñå ôîíîíîâ ñ îïðå-
äåëåííûì k â èäåàëüíîì êðèñòàëëå. Â òàêîì ïðèáëèæåíèè
ðàññåÿíèå âûçûâàåò ïåðåõîäû ìåæäó ðàçëè÷íûìè ìîäàìè (îò
ks-ôîíîíîâ ê k¢s ¢-ôîíîíàì). Ýòîò ýôôåêò âàæåí äëÿ îïèñà-
íèÿ òåðìàëèçàöèè ôîíîííîé ïîäñèñòåìû, òåðìîïðîâîäèìîñòè
è ò.ä. Äëÿ îïèñàíèÿ ýëåêòðîí-ôîíîííîãî âçàèìîäåéñòâèÿ ðàñ-
ñåÿíèå èìååò ìåíüøåå çíà÷åíèå.
     Âçàèìîäåéñòâèå ôîíîíîâ ñ ðàçëè÷íûìè âîëíîâûìè âåê-
òîðàìè k ìîæåò ïðèâîäèòü ê îáðàçîâàíèþ ëîêàëüíûõ ìîä
(ìîæíî ñðàâíèòü ñ îáðàçîâàíèåì ëîêàëüíûõ ýëåêòðîííûõ
ñîñòîÿíèé, ñì. óðàâíåíèå (9.1)). Ýòè ìîäû õàðàêòåðèçóþòñÿ
÷àñòîòàìè W l . Äëÿ ëîêàëüíûõ ìîä ñäâèãè àòîìîâ èç ïîëîæå-
íèÿ ðàâíîâåñèÿ óìåíüøàþòñÿ ñ ðîñòîì ðàññòîÿíèÿ îò äåôåêòà.
 ïðåäåëüíîì ñëó÷àå ìîæíî ðàññìàòðèâàòü êîëåáàíèÿ ñàìîãî
äåôåêòà è îäíîé-äâóõ êîîðäèíàöèîííûõ ñôåð âîêðóã íåãî.
Ýòè ëîêàëüíûå ìîäû ìîãóò êëàññèôèöèðîâàòüñÿ ñ èñïîëüçî-
âàíèåì òî÷å÷íîé ñèììåòðèè ïîçèöèè äåôåêòà. Ïîýòîìó ìîãóò
ñóùåñòâîâàòü íåâûðîæäåííûå ñîñòîÿíèé (A-ìîäû), äâóêðàò-
íî (E-ìîäû) è òðåõêðàòíî (T-ìîäû) âûðîæäåííûå ñîñòîÿíèÿ.
     Êàæäàÿ âûðîæäåííàÿ ìîäà îïèñûâàåòñÿ äâóìÿ (äëÿ
E-ìîä) èëè òðåìÿ (â ñëó÷àå T-ìîä) íîðìàëüíûìè êîîðäèíàòà-
ìè. Èç-çà âûðîæäåíèÿ ýòè êîîðäèíàòû íå îïðåäåëÿþòñÿ îä-
íîçíà÷íî.
                            169