Анотація до роботи:

Головчак Р.Я. Оптико-спектроскопічні особливості радіаційно-індукованих ефектів в змішаних мишяко-германієвих сульфідних стеклах. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата фізико-математичних наук за спеціальністю 01.04.05 – оптика, лазерна фізика. – Науково-виробниче підприємство “Карат” Міністерства промислової політики України, Львів, 2003.

Досліджено оптико-спектроскопічні особливості g-індукованих ефектів у потрійній системі халькогенідних стекол (ХС) As-Ge-S по двох характерних розрізах області склоутворення – стехіометричному As₂S₃-GeS₂ та нестехіометричному As₂S₃-Ge₂S₃. Встановлено, що g-опромінення досліджуваних ХС викликає низькоенергетичний зсув їх краю фундаментального оптичного поглинання з одночасним зменшенням крутизни його нахилу. Величина цього зсуву, кількісні параметри зменшення крутизни нахилу та характер їх композиційного прояву визначаються стехіометрією зразків ХС, параметрами опромінення (доза, потужність, температура) та вмістом Ge, згідно з яким досліджувані стекла поділяються на ХС lp- (Z<2,7) і тетрагонального (Z>2,7) типів. Мікроструктурний механізм спостережуваних оптичних змін базується на g-індукованих переключеннях ковалентних хімічних звязків з одночасним утворенням пар дефектів порушеної координації. Характер переключень ковалентних зв’язків ідентифіковано методом ІЧ Фурє спектроскопії в області власного поглинання ХС lp- та тетрагонального типів. Вперше встановлено, що спостережувані оптичні радіаційно-індуковані ефекти є нестабільними в часі, поступово затухаючи протягом 2-3 місяців зберігання опромінених зразків при нормальних умовах. Виділено статичну та динамічну (пост-радіаційну) складові цих ефектів. Показано, що оптико-спектроскопічні та композиційні характеристики оптичних g-індукованих ефектів суттєво визначаються температурою зразків ХС під час опромінення великими дозами. Вперше виявлені особливості дозових залежностей в умовах широкої варіації складу ХС нестехіометричного розрізу As₂S₃-Ge₂S₃ феноменологічно описано за допомогою дробово-експоненціальної релаксаційної функції.

Проведено комплексне та систематичне оптико-спектроскопічне дослідження g-індукованих ефектів в ХС потрійної системи As-Ge-S по двох характерних розрізах області склоутворення – стехіометричному As₂S₃-GeS₂ та нестехіометричному As₂S₃-Ge₂S₃. Вивчено композиційні, часові та дозові особливості оптичних РІЕ в цих ХС, а також запропоновано модель для пояснення спостережуваних змін на мікроструктурному рівні.

До найважливіших наукових результатів дисертаційної роботи належать наступні.

1. Показано, що g-опромінення ХС змішаної потрійної системи As-Ge-S викликає низькоенергетичний зсув їх краю фундаментального оптичного поглинання з одночасним зменшенням крутизни його нахилу. Даний ефект g-індукованого потемніння адекватно описується спектральними залежностями зміни коефіцієнта оптичного пропускання ХС Dt та відносної зміни коефіцієнта оптичного поглинання Da/a₀. Для кількісного опису спостережуваних оптичних РІЕ зручно використовувати максимальні значення Dt_max і (Da/a₀)_max, визначені на кривих Dt(hn) і Da/a₀(hn), а також площу S під кривою Dt(hn).

2. По мірі збільшення концентрації Ge в ХС стехіометричного розрізу As₂S₃-GeS₂ спостерігається монотонне посилення оптичних РІЕ (індукованих g-опроміненням дозою 2,2 МГр), виражених величинами Dt_max, (Da/a₀)_max та S. Для зразків ХС нестехіометричного розрізу As₂S₃-Ge₂S₃ характерним є максимум ефекту радіаційного впливу (доза g-опромінення 1,0 МГр) в області значень середнього координаційного числа Z»2,7. Відносна зміна крутизни нахилу краю фундаментального оптичного поглинання, спричинена g-опроміненням, є максимальною (~15-20%) в As-збагачених ХС та мінімальною (~2%) в ХС з Z»2,7 незалежно від стехіометрії ХС досліджуваної потрійної системи As-Ge-S.

3. Спостережувані РІЕ в області краю фундаментального оптичного поглинання є нестабільними в часі, вони частково затухають протягом 2-3 місяців зберігання g-опромінених зразків у нормальних умовах. Іншими словами, сумарні оптичні РІЕ включають в себе дві чітко виражені складові – статичну, яка залишається незмінною після g-опромінення, та динамічну або пост-радіаційну, яка поступово затухає з часом. Обидві складові проявляють аномальну композиційну поведінку поблизу Z»2,7 в ХС нестехіометричного розрізу As₂S₃-Ge₂S₃. Максимальні значення динамічних оптичних РІЕ спостерігаються в As-збагачених ХС потрійної системи As-Ge-S.

4. Опромінення досліджуваних ХС g-квантами призводить до незначного (~1-2%) збільшення інтенсивності смуг поглинання в області 2,5-25 мкм, повязаних з домішковими комплексами. Незворотні процеси радіаційно-індукованого домішкового поглинання не впливають на характер та величину оптичних РІЕ в області краю фундаментального оптичного поглинання.

5. На основі ІЧ Фурє спектрів відбивання (в області 25-50 мкм) встановлено два мікроструктурні механізми оптичних РІЕ в досліджуваних ХС: перший, характерний для ХС lp-типу з Z<2,7, і другий, який спостерігається в ХС тетрагонального типу з Z>2,7. Використовуючи принципи тополого-математичного моделювання та виходячи із статистики розподілу ковалентних хімічних звязків (заданої моделлю хімічно-впорядкованої структурної сітки), відібрано схеми g-індукованих переключень ковалентних хімічних звязків, характерні для даних ХС. Показано, що основним процесом, який відповідає за оптичні РІЕ в ХС lp-типу, є деструкція гетерополярних зв’язків Ge-S в тетрагональних структурних одиницях GeS_4/2 з наступним утворенням структурних комплексів на основі гетерополярних звязків As-S. У випадку ХС тетрагонального типу, додатково проявляються процеси переключення гомополярних хімічних звязків As-As та Ge-Ge в гетерополярні зв’язки As-S та Ge-S.

6. Процеси g-індукованих переключень ковалентних хімічних звязків супроводжуються зміною локальної координації пар атомів структурного каркасу, причому найбільш характерними типами координаційних топологічних дефектів для ХС потрійної системи As-Ge-S є гетероатомні дефектні пари типу As₄⁺-Ge₃^-, As₄⁺-S₁^-, S₃⁺-Ge₃^- та S₃⁺-As₂^-.

7. Радіаційний розігрів зразків ХС нестехіометричного розрізу As₂S₃-Ge₂S₃ при опроміненні великими дозами g-квантів (~4,4 МГр) суттєво впливає на композиційну залежність спостережуваних оптичних РІЕ: замість максимуму при Z»2,7, який характерний для малих доз g-опромінення (~1 МГр), спостерігається мінімум в цій області. Прямолінійні відрізки, які з’єднують величини спостережуваних оптичних РІЕ при вищевказаних дозах g-опромінення для однакових зразків ХС перетинаються в певних “фокальних” точках.

8. Запропоновано формулу для аналітичного опису спостережуваних особливостей дозових залежностей величини оптичних РІЕ з врахуванням параметрів g-опромінення (температурного впливу) у формі дробово-експоненціальної релаксаційної функції. В рамках такого феноменологічного опису вдається адекватно розділити змінні, які відповідають за часову стабільність оптичних РІЕ та їх залежність від компактності ХС і режиму g-опромінення.