Объемный фотовольтаический эффект в гиротропных кристаллах

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Доступ платный или только для подписчиков

Аннотация

Исследовано влияние оптической активности на линейный и циркулярный объемный фотовольтаический эффект в кристаллах без центра симметрии. Показано, что происходят смещение линейного фотовольтаического тока JL по фазе, противоположное для правых и левых кристаллов, и изменение по модулю. Циркулярный фотовольтаический ток JC не меняется по фазе в зависимости от величины оптической активности, но зависит от поглощения и циркулярного дихроизма. Рассчитаны зависимости тока JL от поляризации падающего света с учетом оптической активности для правых и левых кристаллов Bi12SiO20, Bi12GeO20 и Bi12TiO20 (класс 23). Аналогичные расчеты JL проведены для правых кристаллов Pb5Ge3O11 (класс 3), La3Ga5SiO14 с примесями Pr, Fe, Cr и Mn, Ca3TaGa3Si2O14 (класс 32), Er(HCOO)3⋅2H2O (класс 222) при распространении света в направлении оптической оси. Приведены примеры величины JC для кристаллов Pb5Ge3O11, La3Ga5SiO14 с примесями Co, Cr и Fe, а также α-HgS (класс 32). Показано, что учет оптической активности необходим при исследовании фоторефрактивного эффекта в кристаллах.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

В. М. Фридкин

Национальный исследовательский центр “Курчатовский институт”

Email: tatgolovina@mail.ru

Отделение “Институт кристаллографии им. А.В. Шубникова” Курчатовского комплекса кристаллографии и фотоники

Россия, Москва

Т. Г. Головина

Национальный исследовательский центр “Курчатовский институт”

Автор, ответственный за переписку.
Email: tatgolovina@mail.ru

Отделение “Институт кристаллографии им. А.В. Шубникова” Курчатовского комплекса кристаллографии и фотоники

Россия, Москва

А. Ф. Константинова

Национальный исследовательский центр “Курчатовский институт”

Email: tatgolovina@mail.ru

Отделение “Институт кристаллографии им. А.В. Шубникова” Курчатовского комплекса кристаллографии и фотоники

Россия, Москва

Список литературы

  1. Греков А.А., Малицкая М.А., Спицына В.Д., Фридкин В.М. // Кристаллография. 1970. Т. 15. Вып. 3. С. 500.
  2. Фридкин В.М. Фотосегнетоэлектрики. М.: Физматгиз, 1979. 264 с.
  3. Sturman B., Fridkin V. The Photovoltaic and Photorefractive Effect in Noncentrosymmetric Materials. Philadelphia: Gordon and Breach Sci. Publ., 1992. 238 p.
  4. Fridkin V.M., Grekov A.A., Ionov P.V. et al. // Ferroelectrics. 1974. V. 8. P. 433. https://doi.org/10.1080/00150197408234118
  5. Chen F.S. // J. Appl. Phys. 1969.V. 40. № 8. P. 3389. https://doi.org/10.1063/1.1658195
  6. Dang Y., Tao X. // Matter. 2022. V. 5. P. 2659. https://doi.org/10.1016/j.matt.2022.06.011
  7. Fridkin V.M. // Ferroelectrics. 2018. V. 535. P. 32. https://doi.org/10.1080/00150193.2018.1474637
  8. Стурман Б.И. // Успехи физ. наук. 2020. Т. 190. № 4. С. 441. https://doi.org/10.3367/UFNr.2019.06.038578
  9. Pusch A., Römer U., Culcer D., Ekins-Daukes N.J. // PRX Energy. 2023. V. 2. P. 013006. https://doi.org/10.1103/PRXEnergy.2.013006
  10. Cuono G., Droghetti A., Picozzi S. 2024. arXiv:2412.12985v1. https://doi.org/10.48550/arXiv.2412.12985
  11. Петров М.П., Степанов С.И., Хоменко А.В. Фоторефрактивные кристаллы в когерентной оптике. СПб.: Наука, 1992. 320 с.
  12. Solymar L., Webb D.J., Grunnet-Jepsen A. The physics and applications of photorefractive materials. Oxford: Clarendon Press, 1996. 495 p.
  13. Шандаров С.М., Шандаров В.М., Мандель А.Е., Буримов Н.И. Фоторефрактивные эффекты в электрооптических кристаллах. Томск: ТУСУР, 2012. 242 с.
  14. Шувалов Л.А., Урусовская А.А., Желудев И.С. и др. Современная кристаллография. Т. 4. Физические свойства кристаллов. М.: Наука, 1981. 496 с.
  15. Федоров Ф.И. Теория гиротропии. Минск: Наука и техника, 1976. 456 с.
  16. Glass A.M., von der Linde D., Negran T.J. // Appl. Phys. Lett. 1974. V. 25. № 4. P. 233. https://doi.org/10.1063/1.1655453
  17. Батиров Т.М. Дис. “Фотовольтаический, фоторефрактивный и фотогистерезисный эффекты в сегнетоэлектриках и пьезоэлектриках” … докт. физ.-мат. наук. Махачкала, 2003. 222 с.
  18. Каминский А.А., Лазарев В.Г., Фридкин В.М. и др. // ФТТ. 1989. Т. 31. Вып. 8. С. 318.
  19. Vridkin V.M., Efremova E.P., Karimov B.H. et al. // Appl. Phys. 1981. V. 25. P. 77. https://doi.org/10.1007/BF00935395
  20. Петров М.П., Грачев А.И. // Письма в ЖЭТФ. 1979. Т. 30. Вып. 1. С. 18.
  21. Лазарев В.Г., Фридкин В.М., Шленский А.Л. // Письма в ЖЭТФ. 1986. Т. 44. Вып. 6. С. 275.
  22. Fridkin V.M., Batirov T.M., Konstantinova A.Th. et al. // Ferroelectr. Lett. 1982. V. 44. P. 27.
  23. https://mathus.ru/phys/szf.pdf
  24. Батог В.Н., Бурков В.И., Кизель В.А. и др. // Кристаллография. 1969. Т. 14. Вып. 5. С. 928.
  25. Ribeiro R.M., Fiasca A.B.A., dos Santos P.A.M. et al. // Opt. Mater. 1998. V. 10. P. 201. https://doi.org/10.1016/S0925-3467(97)00164-X
  26. Скориков В.М., Захаров И.С., Волков В.В., Спирин Е.А. // Неорган. материалы. 2002. Т. 38. № 2. С. 226.
  27. Belinicher V.I. // Phys. Lett. A. 1978. V. 66. № 3. P. 213. https://doi.org/10.1016/0375-9601(78)90660-6
  28. Фридкин В.М., Верховская К.А., Каримов Б.Х. и др. // Докл. АН СССР. 1980. Т. 255. № 6. С. 1359.
  29. Калдыбаев К.А., Константинова А.Ф., Перекалина З.Б. Гиротропия одноосных поглощающих кристаллов. М.: ИСПИН, 2000. 294 с.
  30. Белиничер В.И., Стурман Б.И. // Успехи физ. наук. 1980. Т. 130. Вып. 3. С. 415. https://doi.org/10.3367/UFNr.0130.198003b.0415
  31. Esayan S.K., Lemanov V.V., Maksimov A.Y. // Ferroelectr. Lett. 1984. V. 2. P. 93. https://doi.org/10.1080/07315178408200567
  32. Кизель В.А., Бурков В.И. Гиротропия кристаллов. М.: Наука, 1980. 304 с.
  33. Забелина Е.В., Козлова Н.С., Бузанов О.А. // Оптика и спектроскопия. 2023. Т. 131. Вып. 5. С. 634. https://doi.org/10.21883/OS.2023.05.55715.67-22
  34. Константинова А.Ф., Головина Т.Г., Дудка А.П. // Кристаллография. 2018. Т. 63. № 2. С. 218. https://doi.org/10.7868/S0023476118020091
  35. Окорочков А.И. Дис. “Исследование оптической активности низкосимметричных поглощающих кристаллов” … канд. физ.-мат. наук. М.: ИК РАН, 1983. 191 с.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Рассчитанные зависимости линейного фотовольтаического тока 2JL/(I0α) в кристаллах Bi12SiO20, Bi12GeO20 и Bi12TiO20 от поляризации падающего света: а – правый кристалл (ρ < 0), б – левый кристалл (ρ > 0), длина волны λ = 0.488 мкм, толщина d = 1 мм.

Скачать (121KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Линейный ОФЭ в Bi12SiO20: а – ориентационная зависимость фотоиндуцированного поля Еф, б – зависимость фотопроводимости образца от интенсивности света [20].

Скачать (107KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Рассчитанные зависимости линейного фотовольтаического тока Jx,z L и Jy,z L от поляризации падающего света для кристалла Pb5Ge3O11 при Т = 20°С, ρ < 0, λ = 0.44 мкм, d = 3 мм (а). Зависимости Jy,zL (б) и Jz,zL (в) от температуры для кристалла Pb5Ge3O11 (температура фазового перехода TC = 177°C): 1 – 0.63, 2 – 0.44 мкм [3]. Освещение происходит вдоль оптической оси z.

Скачать (129KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Циркулярный ОФЭ в кристалле Pb5Ge3O11: а – зависимость циркулярного фотовольтаического тока JzC от постоянного электрического поля, приложенного вдоль оси z [31], б – зависимость JzC от температуры [3, 31]. Свет распространяется вдоль оптической оси z.

Скачать (121KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Рассчитанные зависимости ρ(λ) и линейных фотовольтаических токов Jx,z L/Jmax и Jy,z L/Jmax (Jmax = β11I0) от угла поляризации падающего света φ для правых кристаллов La3Ga5SiO14 (а, б, в) и Ca3TaGa3Si2O14 (г, д, е), d = 2 мм, λ = 0.4, 0.45, 0.5, 0.55, 0.6 мкм (1–5). Свет распространяется вдоль оптической оси z.

Скачать (360KB)
Метаданные
7. Рис. 6. Зависимости линейных фотовольтаических токов от поляризации падающего света: а – экспериментальные значения Jx,z L и Jy,z L для кристаллов La3Ga5SiO14 с примесью Pr толщиной d = 3 мм [18]; б – расчет Jx,z L и Jy,z L для кристаллов La3Ga5SiO14 с примесью Pr и Fe, d = 3 мм. Длина волны λ = 0.488 мкм. Свет распространяется вдоль оптической оси z.

Скачать (159KB)
Метаданные
8. Рис. 7. Зависимости линейных фотовольтаических токов от поляризации падающего света: а – экспериментальные значения Jy,z L /I0 для La3Ga5SiO14 с примесью Cr [17]; б – расчет Jx,z L /I0 и Jy,z L /I0, сплошные линии – La3Ga5SiO14 с примесью Cr, пунктир – La3Ga5SiO14 с примесью Mn. Свет распространяется вдоль оптической оси z, d = 3 мм, λ = 0.488 мкм.

Скачать (133KB)
Метаданные
9. Рис. 8. Зависимость циркулярного фотовольтаического тока JzC от степени круговой поляризации света: а – для кристалла La3Ga5SiO14 с примесью Cr (T = 293 К, λ = 0.488 мкм) [17], б – для кристалла α-HgS (T = 123 К, λ = 0.580 мкм) [22]. Свет распространяется вдоль оптической оси z.

Скачать (91KB)
Метаданные
10. Рис. 9. Зависимость фотовольтаического тока Jx,y L от поляризации падающего света для природного кристалла кварца: 1 – исходный образец, 2 – отожженный, 3 – облученный электронами [3]. Свет распространяется вдоль оси y.

Скачать (75KB)
Метаданные
11. Рис. 10. Зависимости линейного фотовольтаического тока Jx,z' L (1), Jy',z' L (2), Jz',z' L (3) от поляризации падающего света в кристалле Er(HCOO)3⋅2H2O: а – без учета оптической активности [17, 22]; б – расчет с учетом оптической активности (ρ < 0) для образца толщиной d = 1 мм. Свет распространяется вдоль одной из оптических осей z'.

Скачать (130KB)
Метаданные
12. Рис. 11. Зависимость дифракционной эффективности η голограммы (а) и эллиптичности τ дифрагированного света при считывании голограммы светом с круговой поляризацией от угла θ в кристалле Bi12SiO20 (d = 3.45 мм): 1, 2 – без учета оптической активности, 1, 3 – без учета пьезоэффекта, 4 – при учете пьезоэффекта и оптической активности, кружки – экспериментальные результаты [13].

Скачать (162KB)
Метаданные
13. Рис. 12. Зависимость изменения двупреломления Δn от времени освещения кристалла La3Ga5SiO14:Pr для трех ориентаций вектора поляризации света, P = 115 мВт, λ = 0.514 мкм, d = 3 мм [18]. Освещение происходит вдоль оптической оси z.

Скачать (58KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2025