Анотація до роботи:

Румянцев В.В. Взаємодія електромагнітного випромінювання та легких частинок з неідеальними кристалічними середовищами. – Рукопис. Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора фізико-математичних наук за спеціальністю 01.04.07 – Фізика твердого тіла. – Донецький фізико-технічний інститут ім. О.О. Галкіна Національної академії наук України, Донецьк, 2007.

В дисертації представлено результати систематичних теоретичних досліджень взаємодії неідеальних кристалічних середовищ з електромагнітним випромінюванням і легкими зарядженими частинками, чисельного моделювання екситонних спектрів молекулярних кристалів (ориєнтаційно-разупорядкованих та з ізотопічними домішками заміщення). Узагальнення методу діючого поля на двовимірно-періодичні структури дозволило одержати закони дисперсії «об'ємних» світлоекситонів з урахуванням симетрії поверхневих граней. Установлено дисперсійне співвідношення, що характеризує метастабільні екситонні поляритони в валентних напівпровідниках з алмазоподібною структурою, знайдено спектральну щільність інтенсивності випромінювання, що генерирується розпадом екситонних поляритонів, які породжені в алмазоподібнім кристалі -частинкою, що рухається в ньому. Вивчено особливості концентраційної залежності величини найнижчої енергетичної щілини й показника заломлення неідеального шаруватого композитного матеріалу з довільним числом хаотично впроваджених домішкових шарів змінної сполуки й/або товщини. Установлено залежність отриманої диференціальної характеристики комбінаційного розсіювання світла на дипольно активних коливаннях кисню О(4) при наявності вакансій у містках О(4)-Cu(1)-О(4) у тонкому шарі YBaCuO-кристала від концентрації кисневих вакансій. Запропоновано модель впливу поверхні на оптичні властивості YBaCuO-монокристалу, що базується на врахуванні змішування парних (КР-активних) g- та непарних (ІЧ-активних) u-мод у тонкому приповерхневому шарі. Оцінено величину інтенсивності сигналів комбінаційного розсіювання (спонтанного й змушеного) та другої оптичної гармоніки. У рамках екситонної моделі вперше отримано загальний вираз та особливості частотної дисперсії обертальної здатності однорідно деформованих зовнішньою механічною напругою молекулярних кристалів з примітивною решіткою з симетрією C_3v , C_4v , C_6v , C_3h , D_3h, T_d .

У роботі узагальнено результати теоретичних досліджень взаємодії недосконалих кристалічних систем з електромагнітним випромінюванням та легкими зарядженими частинками. Установлені в рамках дисертаційної роботи закономірності та взаємозв'язки між досліджуваними величинами розширюють знання про природу й механізми досліджуваних процесів, сприяють можливостям їхнього практичного використання. У цілому основні результати дисертації дозволяють стверджувати, що:

1. Узагальнення методу діючого поля на двовимірно-періодичні структури дозволило розрахувати поляризацію атомів у поверхневому шарі, одержати закони дисперсії «об'ємних» світлоекситонів в обмежених атомарних кріокристалах з урахуванням симетрії поверхневих граней та умови спостереження ДСХ у напівнескінчених кристалах кубічної симетрії. У рамках феноменологічного опису взаємодії електромагнітного поля з надтонким кристалічним шаром, товщина якого є порядку радіусу електронного збудження в шарі, отримано три типи локалізованих у шарі мод та закони дисперсії, що описують відповідно: поздовжній поляритон і два поперечних поляритона (один орієнтований уздовж нормалі до шару, а інший - у площині шару).

2. Установлено дисперсійне співвідношення, що характеризує метастабільні екситонні поляритони в валентних напівпровідниках з алмазоподібною структурою, знайдено спектральну щільність інтенсивності випромінювання, що генерирується розпадом екситонних поляритонів, які породжені в алмазоподібнім кристалі -часткою, що рухається в ньому.

3. Виконано чисельне моделювання екситонних спектрів ориєнтаційно-разупорядкованих молекулярних кристалів та досліджено концентраційну залежність екситонного спектру двопідграткових молекулярних кристалів з такими домішками.

4. Уперше для бінарних молекулярних кристалів з ізотопічними домішками заміщення проведений розрахунок поляритонних енергій, досліджено їхню дисперсію й концентраційну залежність. Показано, що зі збільшенням концентрації домішкових молекул граничні значення частот (k=0) високочастотних поляритонних гілок зміщаються убік більших частот, а величина області «пляшкового горлечка» визначається неколінеарністю дипольних моментів молекул матриці й домішки.

5. Досліджено неідеальний шаруватий композитний матеріал у моделі неідеальної супергратки - «одновимірного кристалу» з довільним числом хаотично впроваджених домішкових шарів. Вивчено особливості концентраційної залежності величини найнижчої енергетичної щілини й показника заломлення такої шаруватої системи. Показано, що впровадженням у досліджувану надгратку певних домішок-шарів змінної сполуки і/або товщини можна домогтися зміни її енергетичної структури в досить широких межах.

6. Показано, що радіаційний вплив на YBa₂Cu₃O_7-х-зполуки викликає зростання індексу х дефіциту кисню й веде до зм'якшення -моди ( см^-1) у спектрі комбінаційного розсіювання, оцінена швидкість введення вакансій кисню в підгратку YBaCuO-монокристалу. В наближенні Плачека отримано вираз для диференціального перетину комбінаційного розсіювання світла цим кристалом. Установлено залежність отриманої диференціальної характеристики комбінаційного розсіювання світла на дипольно активних коливаннях О(4) при наявності вакансій у містках О(4)-Cu(1)-О(4) у тонкому шарі YBaCuO-кристала від концентрації кисневих вакансій, оцінено величину відмінності кута розсіювання світлового потоку (на фононних поляритонах) від кута відбиття.

7. Запропоновано модель впливу поверхні на оптичні властивості YBaCuO-монокристалу, що базується на врахуванні змішування парних (КР-активних) g- і непарних (ІЧ-активних) u-мод у тонкому приповерхневому шарі. Оцінено величину інтенсивності сигналів комбінаційного розсіювання (спонтанного й змушеного) та другої оптичної гармоніки. Отримано інтенсивність світлового сигналу, розсіяного локалізованими в тонкому шарі фононними поляритонами, яка значно менше інтенсивності світла, розсіяного об'ємними фононами кристалу (оскільки область YвaCuO-кристаллу, у якій відбувається змішування фононних мод протилежної парності пропорційна товщині приповерхнього шару). Досліджено резонансне посилення ефекту розсіювання й генерації другої гармоніки.

8. Виконано чисельне моделювання генерації в тонкому кристалічному шарі поляритонів, що породжені полем -частинки, яка рухається в ньому. Отримано вираз для спектральної щільності інтенсивності випромінювання поляритонів, які „висвітлюються”, для Si, GaAs й алмазної нанопленки, а також YBaCuO-шару. Показано, що інтенсивність спектральної щільності випромінювання поздовжніх поляритонов немонотонно залежить від кута розсіювання й слабко залежить від товщини шару для -частинки, що рухається з порівняно малою швидкістю ( ). З ростом швидкості -частинки спектральна щільність інтенсивності випромінювання різко зростає при наближенні кута до значення . Для поперечних світлоекситонів щільність інтенсивності випромінювання квазідвовимірного кристалу убуває з відстанню (у площині шару), як 1/r.

9. У рамках екситонної моделі вперше отримано загальний вираз для обертальної здатності однорідно деформованих зовнішньою механічною напругою молекулярних кристалів з примітивною решіткою, виявлено особливості дисперсії цієї характеристики оптичної активності кристалів для одновісьової та зсувної деформацій. Проведено аналіз частотної дисперсії обертальної здатності однорідно деформованих молекулярних кристалічних систем з симетрією C_3v , C_4v , C_6v , C_3h , D_3h, T_d .

Публікації автора:

1. Румянцев В.В. Взаимодействие электромагнитного излучения и легких частиц с несовершенными кристаллическими средами. – Донецк: Норд-Пресс, 2006. – 347с.

2. Румянцев В.В. Оптическая анизотропия и добавочные световые волны в кристаллах структуры алмаза // УФЖ. – 1989. – Т.34, № 9. – С. 1316-1321.

3. Румянцев В.В. Дисперсия экситонных поляритонов в атомарных криокристаллах // УФЖ. – 1990. – Т.35, №12. – С. 1783-1791

4. Румянцев В.В., Шуняков В.Т. Распространение электромагнитных возбуждений в слоистых кристаллических средах // Кристаллография. – 1991. – Т.36, вып. 3. –

С. 535-540.

5. Румянцев В.В., Шуняков В.Т. Распространение электромагнитного возбуждения сверхтонком кристаллическом слое // Кристаллография. – 1991. – Т.36, вып. 6. –

С. 1342-1345.

6. Румянцев В.В. Оптическая анизотропия атомарных криокристаллов в окрестности экситонного перехода. // Кристаллография. – 1991. – Т.36, вып. 6. – С. 1346-1351.

7. Румянцев В.В., Шуняков В.Т. Генерация электромагнитных мод, локализованных в сверхтонком кристаллическом слое // Электронная техника. Серия: материалы. – 1991. - N 3 (257). – С. 9-12.

8. Rumyantsev V.V., Shunyakov V.T. Exciton-polariton dispersion in ultrathin atomic cryocrystals // Physica B. – 1992. – V.176, N 1-2. – P. 156-158.

9. Румянцев В.В., Шуняков В.Т. Рассеяние света в сверхтонкой кристаллической пленке типа YBa₂Cu₂O_7- с кислородными вакансиями. // Сверхпроводимость: физика, химия, техника. – 1992. – Т.5, №5. – С. 829-835.

10. Румянцев В.В., Шуняков В.Т. Генерация второй оптической гармоники в приповерхностном слое соединений типа YBa₂Cu₃O_x // Известия РАН. Cер. Физическая. – 1992. - Т.56, N 8. – С. 178-181.

11. Румянцев В.В. Рассеяние света в приповерхностном слое соединений 1:2:3 // УФЖ. – 1995. – Т.40, №7. – С. 745-747.

12. Румянцев В.В., Штаерман Э.Я. Распространение света в кристалле со структурой типа 1:2:3 // ФТВД. – 1996. – Т.6, №3. – С. 74-80.

13. Rumyantsev V.V., Yampolskii S.V. Spectroscopy of the apex sublattice in YBa₂Cu₃O_7-x single crystals. // Spectroscopy of Superconductivity Materials / ed. E.Faulques, Washington: ACS, 1999. – Р.131-138.

14. Румянцев В.В., Федоров С.А. Распространение светоэкситонов в смешанных молекулярных кристаллах. // ФТВД. – 2001. - Т.11, № 4. – С.112-117.

15. Румянцев В.В. Генерация поляритонов в алмазоподобном полупроводнике движущейся b-частицей. // Вісник Донецького університету. Сер. А. Природничі науки. – 2002 - №2. – С. 295-298.

16. Румянцев В.В., Федоров С.А. Гиротропия молекулярных кристаллов в условиях одноосной деформации // Вісник Донецького університету. Сер. А. Природничі науки. – 2003 – № 1. – С.241-246.

17. Rumyantsev V.V. Study of YBaCuO quasy-two-dimensional crystalline structure by light scattering // Physica E. – 2004. – V.23, N 3-4. – P.487-490.

18. Федоров С.А., Румянцев В.В. Численное моделирование экситонных спектров оиентационно-разупорядоченных двухподрешеточных молекулярных кристаллов // Математичне моделювання. – 2004 – № 1(11). – С.64-69.

19. Румянцев В.В., Пашкевич Ю.Г. Рассеяние света подрешеткой апекального кислорода в тонком слое YBaCuO-кристалла // ЖТФ. – 2004. – Т.74, вып.10. –

С.80-83.

20. Пашкевич Ю.Г., Федоров С.А., Румянцев В.В., Белоусова Е.С. Метод оператора проектирования в теории многоподрешеточных неупорядоченных систем с недиагональным беспорядком // Вісник Донецького університету. Сер. А. Природничі науки. – 2004 – №.1, ч. 2. – С.313-323.

21. Румянцев В.В., Федоров С.А. Индуцированная внешним механическим напряжением гиротропия молекулярных кристаллов. // ФТВД. – 2005. – Т.15, № 2. – С.12-20.

22. Румянцев В.В., Журавлев А.В., Штаерман Э.Я. Моделирование возбуждения экситонных поляритонов в тонком слое YBaCuO-кристалла полем движущейся в нем b-частицы // Математичне моделювання – 2005. – N 1 (13). – С. 38-43.

23. Rumyantsev V.V. Exciton polariton generation by the field of beta-particle moving into ultrathin diamond-like layer // C.R. Physique. – 2006. – V. 7, N 2. – P. 277-285.

24. Пашкевич Ю.Г., Румянцев В.В., Федоров С.А., Поляритонные возбуждения в неидеальных топологически упорядоченных жидкокристаллических сверхрешетках // Жидкие кристаллы. – 2006. - Вып. 1-2 (15-16). - С. 7-14.

25. Румянцев В.В., Федоров С.А. Трансформация поляритонного спектра неидеальных топологически упорядоченных сверхрешеток // Оптика и спектроскопия. – 2007. – Т. 102, №1. – С. 92-96.

26. Румянцев В.В., Федоров С.А. Поляритонный спектр неидеальной лиотропной ламеллярной системы // Жидкие кристаллы. – 2007. - Вып. 1. - С. 67-74.