Исследование халькогенидных стекол методом комбинационного рассеяния света
Поволоцкий Алексей Валерьевич
Санкт-Петербургский государственный университет

Научный руководитель: Курочкин Алексей Викторович, кандидат физико-математических наук
Соавторы: Иванова Татьяна Юрьевна, Маньшина Алина Анвяровна

Исследования современной квантовой электроники направлены на создание новых типов лазеров, необходимых во многих областях науки и техники: медицина, научные исследования, экологический мониторинг, военная промышленность. Не секрет, что доминирующую роль занимают полупроводниковые лазеры. Поэтому одним из основных направлений подобных исследований является создание новых полупроводниковых материалов.

Перспективными материалами являются халькогенидные стекла, активированные ионами редкоземельных элементов. Интерес к халькогенидным стеклам обусловлен следующими особенностями:

  • отсутствие в их колебательном спектре, в отличие от большинства известных лазерных материалов, высокоэнергетических фононов и, как следствие, низкая вероятность многофононной безызлучательной релаксации лантаноидов;

  • высокий показатель преломления, благодаря чему, увеличиваются сечения поглощения и излучения редкоземельных ионов;

  • край оптического поглощения в видимой области;

  • высокая температурная и химическая стабильность;

  • высокая растворимость халькогенидных стекол в редкоземельных элементах.

Стекла подобного состава могут быть использованы в качестве ИК-визуализаторов, а так же, в перспективе стоит задача создания гибридного полупроводникового лазера на основе халькогенидных стекол, легированных ионами редкоземельных элементов.

Метод комбинационного рассеяния является частью комплексного исследования халькогенидных стекол. Исследовались стекла состава GeS2-Ga2S3, легированные ионами Er3+, Nd3+. Структура Ge-S стекол хорошо известна. Основной структурной единицей является тетраэдр GeS4, который через связи S-S формирует 3D решетку. Структура стекол GeS2-Ga2S3 может быть представлена следующим образом: остов стекла сформирован тетраэдрами GeS4 и GaS4, связанными через серу. Часть тетраэдров связаны через металл-металлические связи.

На КР спектрах стекол состава 1) GeS2; 2) 0.1Ga2S3-0.9GeS2; 3) 0.989(0.1Ga2S3-GeS2)-0.011Nd2S3 (рис. 1) самая сильная линия 340 cm-1 соответствует симметричным колебаниям тетраэдральных молекул. Линия 265 cm-1 возникает благодаря формированию металл-металлических связей Ge-Ge, Ga-Ga. Внесение сульфидов редкоземельных ионов приводит к растворению металл-металлических связей и, как следствие, уменьшению интенсивности пика 265 cm-1.

Рис. 1

Исследована зависимость структуры халькогенидных стекол в зависимости от концентрации ионов редкоземельных элементов.
(c) АСФ России, 2001