РОЗДІЛ III
ФІЗИЧНІ ЗАКОНОМІРНОСТІ РАДІАЦІЙНО-ІНДУКОВАНИХ ОПТИЧНИХ ЕФЕКТІВ В СТЕКЛАХ ПСЕВДОБІНАРНОГО РОЗРІЗУ Sb2S3-GeS2
З попередньо проведених досліджень радіаційно-індукованих оптичних ефектів (РІОЕ) в двокомпонентних системах ХСН [58,59] відомо, що ?-опромінення приводить до довгохвильового зсуву їх краю оптичного пропускання в області фундаментального поглинання. Аналогічні зміни, без сумніву, повинні бути властиві і більш складним у структурному відношенні трикомпонентним системам ХСН, але специфіка їх композиційних залежностей вивчена недостатньо.
Структурна сітка стекол псевдобінарного розрізу Sb2S3-GeS2 формується як суміш двох стехіометричних елементів - пірамідальних SbS3/2 та тетраедричних GeS4/2. Фізико-хімічні властивості цих ХСН є адитивними відносно їх хімічного складу, проявляючи яскраво виражену тенденцію до лінійності [76]. Очевидно, збереження стехіометрії повинно приводити і до лінійності композиційних залежностей РІОЕ в даних ХСН. Перевіримо експериментально це припущення і спробуємо відшукати найбільш властиві кількісні кореляції РІОЕ та структурних параметрів стекол даного розрізу.
3.1. Кількісні характеристики РІОЕ
Спектри оптичного пропускання ?(?) в області краю фундаментального поглинання (краю Урбаха) для стекол псевдобінарного розрізу Sb2S3-GeS2 на прикладі складів Ge28,125Sb6,25S65,625 (Z=2,63) та Ge12,5Sb25S62,5 (Z=2,50) до і після ?-опромінення наведені на рис.3.1.
По мірі збільшення Z спектральне положення краю оптичного пропускання неопромінених ХСН зміщується в короткохвильову область спектру (в сторону більших енергій фотонів) у повній відповідності із збільшенням при такому переході їх оптичної ширини забороненої зони Eg [76]. Ця закономірність, зрозуміло, зберігається при перерахунку ? в коефіцієнт оптичного поглинання ? згідно форму-
Рис.3.1. Спектри оптичного пропускання ?(?) для ХСН песевдобінарного розрізу Sb2S3-GeS2 (а - Ge28,125Sb6,25S65,625 (Z=2,63); б - Ge12,5Sb25S62,5 (Z=2,50); суцільна лінія - до ?-опромінення; штрихова лінія - один день після ?-опромінення; штрих-пунктирна лінія - два місяці після ?-опромінення).
ли (2.6). Відповідні спектральні залежності ?0(h?) для неопромінених зразків зображені на рис.3.2. Як видно із вставки, деяке проміжне значення енергії фотонів Eпр, взяте при ?0=10 см-1, добре корелює з відповідними значеннями оптичної ширини забороненої зони Eg досліджуваних ХСН. Крім цього, крутизна нахилу лінійної ділянки краю оптичного поглинання (краю Урбаха) є найменшою в ХСН з максимальним значенням Z. Оскільки, згідно [19], цей параметр є мірою дефектності структурної сітки скла, то можна вважати, що вона є максимальною в ХСН, збагачених Ge.
?-опромінення викликає довгохвильовий зсув краю оптичного пропускання досліджуваних стекол (ефект радіаційно-індукованого потемніння) [91-96], при цьому крутизна краю оптичного пропускання зменшується (див.рис.3.1а). Це означає, що дефектність структури скла після ?-опромінення зростає. Характерно, що в зразках з максимальним вмістом сурми (Z=2,50) ефект радіаційно-індукованого потемніння повністю відсутній, спостерігається тільки суттєве зменшення прозорості опромінених зразків ХСН в області насичення (див.рис.3.1б).
Як видно з рис.3.1а, ефект радіаційно-індукованого потемніння є нестабільним, спостерігається його часткове затухання через 2-3 місяці після опромінення. В результаті край оптичного пропускання ХСН застабілізовується в певному проміжному положенні. Іншими словами, ефект радіаційно-індукованого потемніння містить дві складові - динамічну, яка релаксує з часом, та статичну, яка залишається постійною тривалий період після опромінення зразків ХСН [91-96]. Дана специфіка РІОЕ раніше не вивчалася.
Для кількісного опису РІОЕ в ХСН зручно використовувати різницю коефіцієнтів оптичного пропускання до (?0) і після (?) ?-опромінення - ??=(?0-?), розраховану при фіксованій енергії фотонів h?. Радіаційно-індуковані зміни (РІЗ) цього параметра для стекол псевдобінарного розрізу Sb2S3-GeS2 при різних значеннях середнього координаційного числа Z наведені на рис.3.3, причому рис.3.3а відображає сумарний РІОЕ, а рис.3.3б - його статичну складову.
Графічно ??(h?) має вигляд дзвоноподібної асиметричної кривої з чітко вираженим максимумом ??max, що досягається при фіксованій енергії фотонів h?max.
Рис.3.2. Спектри оптичного поглинання ?0(h?) неопромінених зразків ХСН псевдобінарного розрізу Sb2S3-GeS2. Вставка ілюструє залежність оптичної ширини забороненої зони Eg [76] та проміжного значення енергії від середнього координаційного числа Z.
Рис.3.3. Радіаційно-індуковані зміни оптичного пропускання ??(h?) для стекол псевдобінарного розрізу Sb2S3-GeS2 при різних значеннях середнього координаційного числа Z (а - один день після ?-опромінення; б - два місяці після ?-опромінення).
Така асиметрія зумовлена наявністю різкого високоенергетичного і достатньо протяжного низькоенергетичного "хвостів" на спектрах оптичного пропускання. З кривих ??(h?), отриманих через один день після опромінення (див.рис.3.3а), видно, що низькоенергетичне крило ??(h?) стає більш протяжним в ХСН, збагачених Ge. Це свідчить про вплив радіації на прозорість досліджуваних стекол в області насичення, що згідно [4], може бути пов'язано з різного роду макро-неоднорідностями в структурі ХСН. Оскільки природа РІЗ на окремих ділянках спектру ??(h?) відрізняється, то закономірним є відсутність кореляцій між напрямком та величиною цих змін в області краю пропускання та в насиченні (див.рис.3.1б).
Характерно, в процесі затухання РІЗ криві ??(h?) за період двох місяців після ?-опромінення набувають більш симетричного вигляду за рахунок суттєвого зменшення низькоенергетичного "хвоста" кривої (див.рис.3.3б), що свідчить про відповідне відновлення оптичного пропускання в області насичення.
Композиційні залежності кількі