Реєстраційний номер
0825U003168, Дисертація доктора філософії
На здобуття
Доктор філософії
Дата захисту
27-08-2025
Статус
Захищена
Назва роботи
Фотостимульовані процеси в кристалах AgGaGe3Se8 легованих Dy, Nd, Er
Здобувач
МЕЛЬНИЧУК ТАРАС ОЛЕГОВИЧ,
Керівник Мирончук Галина Леонідівна
Опонент Луньов Сергій Валентинович
Опонент Головацький Володимир Анатолійович
Рецензент Новосад Олексій Володимирович
Рецензент Кевшин Андрій Григорович
Установа, організація, у вченій раді якої відбудеться/відбувся захист
Волинський національний університет імені Лесі Українки
Опис
Кваліфікаційна наукова праця Мельничук Т.О., присвячена розв'язанню актуальної задачі матеріалознавства – дослідженню впливу легування рідкісноземельними елементами (РЗЕ) на фізичні властивості халькогенідних кристалів AgGaGe₃Se₈ та визначенню їхнього потенціалу для застосування в оптоелектронних пристроях. Робота виконана у Волинському національному університеті імені Лесі Українки, Луцьк, 2025.
Пошук нових функціональних матеріалів для інфрачервоної фотоніки та нелінійної оптики є критично важливим. Існуючі комерційні кристали, такі як AgGaS₂ чи ZnGeP₂, мають обмеження, зокрема низький поріг лазерного пошкодження. Кристали AgGaGe₃Se₈ є перспективною альтернативою, проте вплив легування РЗЕ на їхні властивості залишався недостатньо вивченим. Ця дисертація заповнює цю прогалину, комплексно досліджуючи фотостимульовані процеси в легованих кристалах.
Метою роботи було встановлення потенціалу застосування кристалів AgGaGe₃Se₈, легованих іонами Nd, Dy та Er, в оптоелектронних пристроях. Для її досягнення були вирішені сім ключових завдань, що охоплювали дослідження впливу легування на структурні, коливальні, оптичні, фотоелектричні, п’єзоелектричні та нелінійно-оптичні властивості.
Наукова новизна роботи полягає в наступному:
• Вперше проведено комплексне дослідження впливу легування РЗЕ на весь спектр фізичних властивостей кристалів AgGaGe₃Se₈.
• Встановлено кількісні закономірності зміни ширини забороненої зони та статичного розупорядкування.
• Запропоновано фізичний механізм посилення домішкової фотопровідності.
• Доведено можливість керування п'єзоелектричними та нелінійно-оптичними властивостями шляхом легування.
Практичне значення результатів полягає в обґрунтуванні перспективності використання цих матеріалів для розробки нових оптоелектронних елементів, зокрема керованих сенсорів та перетворювачів частоти для середнього ІЧ-діапазону.
У роботі використано комплекс сучасних експериментальних методик: синтез кристалів методом Бріджмена-Стокбаргера; електронна мікроскопія та електронно-зондовий мікроаналіз для контролю морфології та хімічної однорідності; спектроскопія комбінаційного розсіювання та інфрачервона Фур'є-спектрометрія для аналізу оптичних та коливальних властивостей; дослідження краю оптичного поглинання для визначення ширини забороненої зони; вивчення фотопровідності за допомогою електрометра; дослідження п'єзоелектричних властивостей та їхньої залежності від температури і лазерного опромінення; оцінка нелінійно-оптичних властивостей (генерації другої гармоніки) за методикою порошку Куртца–Перрі.
Комплексний аналіз впливу легування на фізичні властивості кристалів AgGaGe₃Se₈ показав наступне: легування іонами Nd, Dy та Er не змінює кристалічної структури, проте індукує локальні спотворення та напруження в ґратці, зберігаючи високу хімічну однорідність. Ці структурні зміни впливають на коливальні властивості, хоча основні коливальні моди зберігаються. Леговані кристали зберігають високу прозорість (понад 70%) у діапазоні 2–15 мкм. Легування РЗЕ призводить до зменшення ширини забороненої зони (від 2.25 еВ до 2.20 еВ для зразка з Er) та збільшення статичного розупорядкування. Дослідження фотопровідності виявили перерозподіл інтенсивностей на користь домішкового максимуму, що пояснюється утворенням додаткових акцепторних центрів (вакансій срібла). П'єзоелектричний коефіцієнт d₃₃ зростає при легуванні Dy та Er (до 35 пм/В) і може ефективно керуватися температурою та лазерним опроміненням. Легування РЗЕ позитивно впливає на нелінійно-оптичний відгук, підвищуючи інтенсивність генерації другої гармоніки (ГДГ), що корелює зі зменшенням ширини забороненої зони та посиленням ацентричності структури.
Проведені дослідження довели, що цілеспрямоване легування кристалів AgGaGe₃Se₈ іонами рідкісноземельних елементів є ефективним інструментом для керування їхніми структурними, оптичними, п’єзоелектричними та нелінійно-оптичними властивостями.
Виявлене підвищення інтенсивності ГДГ у поєднанні з широким вікном прозорості в середньому ІЧ-діапазоні та високим порогом лазерного пошкодження робить ці матеріали перспективною основою для розробки ефективних перетворювачів частоти. Можливість змінювати п’єзоелектричний коефіцієнт під дією лазерного опромінення є прямою фізичною основою для створення оптично керованих сенсорів тиску або деформації. Крім того, ця властивість, разом із фотоіндукованими змінами фотопровідності, відкриває перспективи для розробки нових модуляторів оптичних сигналів.
Таким чином, результати роботи не лише підтверджують загальну перспективність легованих кристалів AgGaGe₃Se₈, але й надають науково обґрунтовану базу для їх цільової розробки як активних середовищ для сучасної інфрачервоної фотоніки та сенсорики.
Дата реєстрації
2025-07-25
Додано/оновлено в НРАТ
2025-07-25 / 2026-07-01
