ВЛИЯНИЕ ПОЛЯРИЗАЦИИ СВЕТА НА АФ ЭФФЕКТ В a — КВАРЦА
УДК: 681.33
Каримов Баходир Хошимович
Доцент кафедры «Профессиональное образование» Ферганского Государственного Университета
Каримов Шерзод Баходирович
Соискатель кафедры «Профессиональное образование» Ферганского Государственного Университета
Аннотация. В настоящей работе обнаружен и исследован фотовольтаический эффект в природном кристалле α-кварц с естественной окраской. Обсуждены некоторые экспериментальные и физические основы фотовольтаического эффект природном кристалле α-кварц с естественной окраской также по применению в области голографии.
Ключевые слова: природный α-кварц, стационарный ток, аномально фотовольтаический эффект, тензор третьего ранга, кристаллы без центра симметрии, голография.
Кварц — одно из наиболее распространенных кристаллических форм кремнезема (SiO2). При температурах до 5730 С cуществует так называемый «низкотемпературный» α–кварц. Кристаллы α–кварц принадлежат к тригонально — трапецоэдрическому классу тригональной системы (точечная группа симметрии 32) и встречаются одинаково часто в двух энантиоморфных формах: правые и левые кристаллы. При нормальном давлении и температуре 5730 С α–кварц превращается гексогонально трапецоэдрический класс гегсогональной системы (точечная группа симметрии 622). Ось третьего порядка в α–кварце является оптической осью кристалла, одна из осей второго порядка является механической осью.
Симметрия структуры кварца определяет и симметрию свойств этого кристалла.
Тензор диэлектрической проницаемости и тензор удельной электропроводимости кварца имеет следующий вид:
Поскольку электрические свойства кварца по х- и y- направлениям не могут по законам симметрии различаться, рассматриваются только две совокупности характеристик кварца: одна — для направления вдоль оптической оси и другая — для перпендикулярного к оси z направления.
Кварц, естественный и выращенный искусственно, является важнейшим пьезоэлектрическим кристаллом.
Кварц — кристалл твердый (твердость 7 по Моссу), нерастворим в воде, стойким по отношению ко многим кислотам, имеет малый коэффициент теплового расширения (α1=8*10—6К-1, α3= 13,4*10—6К-1). Одно из самых ценных свойств кварца — это термостабильность, т.е. независимость пъезоэлектрических и упругих характеристик в очень широком интервале — от самых низких температур и вплоть до +5730С, где происходит полиморфный переход α — кварца из класса 32 в высокотемпературную b — модификацию с симметрией 622.
В 30-е годы А. В. Шубниковым разработаны основы теории кристаллов кварца и его применения [9]. В работе [8] показано связь явления ионной электропроводности с явлениями окрашивания в дымчатом кварце. Диэлектрические и электрические свойства кристалла α кварца исследованы в [7,10].
Кварц обладает особенностью вращения плоскости поляризации не только вдоль оптической оси, но и в перпендикулярном к ней направлении. Опытным путём установлено, что отношение остаётся постоянным для длин волн от 546 до 265нм и равным 0,54 т.е. вращение плоскости в направлении, перпендикулярном к оптической оси, примерно в два раза меньше, чем по оптической оси. Несмотря на все «популярность» кварца, как объекта исследования свойства его детально до сих пор не изучено.
Фотовольтаический эффект эффект в кристаллах без центра симметрии изучены в работах [1—6].
В настоящем работе представлены результаты, влияние поляризации света на АФ эффект в природном кристалле α-кварц с естественной окраской.
На рис. 1 представлена экспериментальная угловая зависимость фотовольтаического тока Jx в природном кристалле α–кварц с указывает на совпадении экспериментальной угловой зависимости Jx (β) при освещении в направлении оси y K11= (1—3) *10—13А см (Вт) -1. Освещение в z–направлении обнаруживает заметное отклонение Jx (β).
Возможно, это связано с разницей в значениях коэффициента с оптической активности кварца для z — и y — направлений.
Из графика видна очень низкое значения фотовольтаического коэффициента К11 в кварце. Оно характеризуют примесные центры, ответственные за естественную окраску природных кристаллов и не отражает симметрии собственных переходов. Кристаллы освещались в примесной спектральной области (λ=300—500нм, α*=2см-1) при комнатной температуре. К сожалению, как в кварце, так и в других исследованных в настоящем работе кристаллах, природа примесных центров специально не исследован; это представляет самостоятельную задачу.
Методом компенсации [2] измерялись поле
и соответствующие фото напряжение, генерируемое в кварце
в направлении оси х.
Рис.1. Ориентационные зависимости фотовольтаического тока J
x
в a — кварце (T=300 K)
При комнатной температуре были получены следующие значения:
Из-за температурной зависимости проводимости кварца поле и фотонапряжение V растут с понижением температуры.
Литература
1. Glass A.M.Voh der Linbe D. Nerren T.J. High- voltage Bulk Photovoltaik ettect and the Photorefractive process in LiNbo. //J. Appl. Phys. Lett. 1974. N4 (25) p.233—236.
2.Фридкин В.М, Фотосегнетоэлектрики. М., «Наука», 1979, с.186—216.
3.Белиничер В. И. Исследования фотогальванических эффектов в кристаллах. Дисс. на соискание. докт. физ-мат. наук. Новосибирск. 1982. 350 С.
4.Леванок А. П., Осипов В. В. Механизмы фоторефрактивного эффекта. Изв. Ан. Россия, сер. физ., 1977, т. 41, №4, с. 752—769.
5.Стурман Б. И., Фридкин В. М. Фотогальванические эффекты в средах без центра инверсии. — М., Наука.1992. -с-208.
6.Фридкин В. М. Объемный фотовольтаический эффект в кристаллах без центра симметрии.// Кристаллография. 2001. Т. 46, N 4. С. 722—726.
7. Stuart M.R. Dielectric Constant of Quartz as a Function of Frequency and Temperature. // J. of Appl. Phys. 1955. v.26. N12. p.1 399—1404.
8. Ченцова В. П., Веденеева Н. Е. Связь явлений ионной электропроводности с явлениями окрашивания в дымчатом кварце. / В кн. труды Института кристаллографии АН Россия. -М. 1952. в.7. С.191—202.
9. Шубников А. В. Кварц и его применение. М. Изд. АН Россия. 1940. -194с.
10. Сuril P. //J. Ann. Chem. Phys. (ser. b). 1889. p.18.
