УДК 534:621.382

Андреев Илья Александрович

МОНОКРИСТАЛЛЫ С УМЕРЕННОЙ И СИЛЬНОЙ

ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКОЙ СВЯЗЬЮ

ДЛЯ АКУСТОЭЛЕКТРОНИКИ И АКУСТООПТИКИ

Специальность: 01.04.07 –физика конденсированного состояния

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

доктора физико-математических наук

Санкт - Петербург

Работа выполнена на кафедре общей и экспериментальной физики государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования

«Российский государственный педагогический университет им. А.И. Герцена»

Научный консультант: заслуженный деятель науки Российской Федерации,

доктор физико-математических наук, профессор

Юрий Андреевич ГОРОХОВАТСКИЙ

Официальные оппоненты: доктор физико-математических наук,

профессор Анатолий Алексеевич БЕРЕЖНОЙ

доктор физико-математических наук, профессор Борис Анатольевич СТРУКОВ

доктор физико-математических наук,

профессор Елена Владимировна ЧАРНАЯ

Ведущая организация: Институт кристаллографии им. А.В. Шубникова Российской Академии Наук

Защита состоится 13 марта 2008 г. в 16.00 часов на заседании

диссертационного совета Д 212.199.21 по присуждению учёной степени доктора наук

в Российском государственном педагогическом университете им. А.И. Герцена

по адресу: 191186, Санкт-Петербург, наб. р. Мойки, 48, корп. 3, ауд. 20.

С диссертацией можно ознакомиться в фундаментальной библиотеке Российского государственного педагогического университета им. А. И. Герцена.

Автореферат разослан « » февраля 2008 г.

Учёный секретарь диссертационного Совета,

кандидат физико-математических наук,

доцент Н.И. Анисимова

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ИССЛЕДОВАНИЯ

Актуальность исследования. В последние 40 лет важными и развивающимися областями физики твердого тела являются акустоэлектроника и акустооптика, изучающие возбуждение и распространение упругих волн высоких и сверхвысоких частот в твердом теле, а также взаимодействие упругих волн с когерентным оптическим излучением. При распространении в твердом теле упругих волн с длиной волны до долей микрона значительную роль играют эффекты фонон-фононного и фотон-фононного взаимодействия [1,2].

С ростом частоты упругих волн увеличивается их поглощение в твердом теле, причем наименьшее удельное поглощение наблюдается в монокристаллах. Поэтому прогресс в развитии акустоэлектроники в основном определяется появлением новых пьезоэлектрических монокристаллов с малым поглощением упругих волн и сильной электромеханической связью, имеющих особые кристаллографические ориентации с нулевым температурным коэффициентом частоты (ТКЧ) упругих колебаний или скорости обьемных (ОАВ) и поверхностных акустических волн (ПАВ) в области 20оС.

Термостабильный и высокодобротный кристаллический кварц с 1935 г. по настоящее время остается основой пьезоэлектроники, однако он является слабым пьезоэлектриком, что стимулирует поиск новых термостабильных сильных пьезоэлектриков [3].

В 1966 – 1981 годах были открыты и исследованы три пьезоэлектрических монокристалла с сильной электромеханической связью и нулевым ТКЧ: танталат лития LiTaO3, фосфат алюминия (берлинит) AlPO4, и тетраборат лития Li2B4О7. Однако по совокупности физических свойств эти кристаллы значительно уступают кристаллическому кварцу и не могут служить основой акустоэлектронных устройств стабилизации и селекции частоты в радиоэлектронных и оптических системах связи [4].

Изучение нелинейных свойств кристаллов имеет важное значение при исследовании структурных фазовых переходов и создании устройств с управляемыми параметрами [5]. В окрестности фазового перехода кристаллическая решетка лабильна, наблюдается сильный ангармонизм фонон-фононного и фотон-фононного взаимодействий [6]. Нелинейный пьезоэффект изучен на ограниченном числе кристаллов, причем ни один известный к 1986 г. кристалл не сочетал в себе термостабильные упругие свойства, низкие потери и достаточный для практического применения нелинейный пьезоэффект [7].

Поэтому поиск физических особенностей пьезоэлектриков, определяющих свойства высокодобротных монокристаллов с термостабильными упруго-пьезо-диэлектрическимими параметрами, сильными электромеханической связью и электроупругим эффектом является важной проблемой прикладной физики.

С 1977 по 1983 г. внимание автора было обращено на монокристаллы кислородно-октаэдрических сегнетоэлектриков молибдата гадолиния Gd2(MoO4)3, кристалла ванадата кальция Ca3(VO4)2, синтезированного впервые в 1981 г. в лаборатории Ю.С. Кузьминова (ИОФАН), кристаллов со структурой калий-вольфрамовой бронзы - ниобата бария-натрия Ва2NaNb5O15 и ниобата бария-стронция BaxSr1-xNb2O6, обладающего уникальным сочетанием электрооптических, пироэлектрических и фоторефракционных свойств.

В 1983 г. были начаты исследования неизвестного ранее монокристалла сложного окисла лантан - галлиевого силиката La3Ga5SiO14, синтезированного впервые в мире Б.В. Миллем (МГУ) с целью использования предполагаемой оптической нелинейности кристалла для управления частотой излучения твердотельных лазеров. Высокое качество и большие размеры кристаллов лангасита, LGS (эти название и аббревиатура для кристаллов лантан-галлиевого силиката введены автором диссертации в 1983 г.), выращенных М.Ф.Дубовиком в НПО Монокристаллов, позволили автору диссертации получить принципиально важные результаты и выполнить разработки акустоэлектронных устройств на кристаллах лангасита на несколько лет раньше коллег в России и за рубежом.

Целью исследования является установление характерных особенностей пьезоэлектрических монокристаллов, определяющих низкие акустические потери, температурную и временную стабильность упруго-пьезо-диэлектрических параметров, значительную величину электромеханической связи и электроупругого эффекта.