Анотація до роботи:

Задорожна А.В. Пружнооптичні та пружні властивості кристалів Cs₂XY₄ (X=Hg, Cd; Y=Cl, Br) та NH₄HSeO₄. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата фізико-математичних наук за спеціальністю 01.04.05 - оптика, лазерна фізика. - Інститут фізичної оптики Міністерства освіти і науки України, Львів, 2003.

Дисертація присвячена дослідженню оптичних та пружних властивостей, діаграм стану представників неспівмірних структур двох типів - кристалів Cs₂XY₄ (X=Hg, Cd; Y=Cl, Br) та NH₄HSeO₄.

Проведено п’єзооптичні дослідження кристалів Cs₂HgCl₄ та визначено їх фотопружні коефіцієнти. Здійснено оцінку акустооптичних параметрів кристалів Cs₂XY₄. Показано, що ефективною в них є ізотропна дифракція світла. Виявлено, що кристали Cs₂HgCl₄ характеризуються широкою областю прозорості. Розглянуто можливість практичного використання кристалів Cs₂XY₄ в акустооптиці.

Проведено дослідження комплексної поведінки пружних властивостей кристалів Cs₂XY₄ (X=Hg, Cd; Y=Cl, Br) в широкій області температур, включаючи область неспівмірних фазових переходів та дано феноменологічне пояснення цієї поведінки. Досліджено фазові діаграми “тиск-температура” кристалів NH₄HSeO₄ та Cs₂HgCl₄. Для кристалів NH₄HSeO₄ розроблено нову модель діаграми стану. На фазовій діаграмі кристалів Cs₂HgCl₄ виявлено звуження власної сегнетоеластичної фази та передбачено існування потрійної точки, в якій ця фаза зникає. Показано, що прямий фазовий перехід парафаза – власна сегнетоеластична фаза ініціюється пониженням нахилу гілки акустичної моди в результаті її взаємодії з м’якою оптичною модою.

Дисертаційна робота прикладного та фундаментального характеру, присвячена вивченню пружнооптичних, акустооптичних та пружних властивостей кристалів Cs₂XY₄ (X=Hg, Cd; Y=Cl, Br) та NH₄HSeO₄. Досліджено оптичні (показник заломлення, спектр поглинання), фотопружні, акустооптичні (коефіцієнт акустооптичної якості, акустична розбіжність), пружні (модулі пружної жорсткості та податливості), акустичні (швидкості ультразвукових хвиль) параметри кристалів Cs₂XY₄. Практичне значення представлених результатів полягає в можливості використання вказаних кристалів як нових високоефективних акустооптичних матеріалів. Зокрема, в кристалах Cs₂HgCl₄ виявлено рекордні значення параметру акустооптичної якості серед відомих на сьогодні оптично двовісних акустооптичних кристалічних матеріалів. Наукове значення результатів роботи полягає в з’ясуванні природи пружнооптичної взаємодії, експериментальному дослідженні та феноменологічному аналізі температурної поведінки пружних властивостей, фазових діаграм кристалів Cs₂XY₄ та NH₄HSeO₄.

1. Використовуючи інтерферометр Маха-Цендера, вперше експериментально визначено всі компоненти матриці абсолютних п’єзооптичних коефіцієнтів p_kj та матриці п’єзооптичних коефіцієнтів індукованого двозаломлення p*_ij кристалів Cs₂HgCl₄. Порівняння п’єзооптичних коефіцієнтів індукованого двозаломлення, отриманих на основі поляризаційно-оптичного та інтерферометричного методів, підтверджує достовірність отриманих результатів.

2. Виявлено, що кристали Cs₂XY₄ (X=Hg, Cd; Y=Cl, Br) характеризуються малими значеннями кута відхилення вектора потоку енергії від напрямку поширення ультразвукових хвиль, що є важливим при конструюванні акустооптичних комірок. На основі спектральних досліджень виявлено широку область прозорості кристалів Cs₂HgCl₄ (320-20000 нм), що дає можливість для їх використання в ультрафіолетовій, видимій та інфрачервоній областях спектру.

3. Використовуючи отримані в роботі результати рефрактометричних, п’єзооптичних та пружних досліджень, вперше розраховано матрицю пружнооптичних коефіцієнтів та проведено оцінку коефіцієнтів акустооптичної якості кристалів Cs₂HgCl₄ для випадків ізотропної та анізотропної дифракції світла. Показано, що вказані кристали є перспективним акустооптичним матеріалом (для кількох геометрій акустооптичної взаємодії M₂ ~ 10^-13 с³/кг).

4. Досліджено температурну поведінку пружних властивостей кристалів Cs₂XY₄ (X=Hg, Cd; Y=Cl, Br) в області неспівмірних фазових переходів та полікритичних точок (Р-Т діаграми). Показано, що температурна поведінка пружних властивостей в околі фазового переходу пов’язана із взаємодією ультразвукових хвиль з амплітудоном, фазоном та м’якою модою. В силу існуючих зв’язків між пружними та фотопружними характеристиками, відповідні механізми є також актуальними для аналізу поведінки фотопружних коефіцієнтів. Експериментально спостережене виразне пом’якшення пружних констант C_ij (i,j=1-3) в області переходу парафазанеспівмірна фаза обумовлено флуктуаціями параметра порядку. В рамках феноменологічної моделі показано, що критичне пониження оптичної гілки B_3g (k=0) спричиняє зменшення нахилу поперечної акустичної гілки тої ж самої симетрії TA_Z (q_Y » 0). Сегнетоеластичний перехід в кристалах Cs₂HgCl₄, таким чином, є безпосередньо пов’язаний із нестабільністю на акустичних фононах при k0 (але k0). Потрійна точка Ліфшиця (T_k~220 К, P_k ~ 140 МПа) виникає за умови одночасної конденсації оптичного та акустичного фононів. Як наслідок, в околі сегнетоеластичного фазового переходу та потрійної точки Ліфшиця очікується критичне сповільнення швидкостей поперечних акустичних фононів V₄ ([010], [001]), що добре узгоджується із експериментом.

5. Досліджено фазову діаграму Р-Т кристалів NH₄HSeO₄ та запропоновано феноменологічну модель для її опису. Показано, що звуження неспівмірної фази пов’язується із критичною баричною поведінкою коефіцієнта при квадратичному градієнтному члені параметра порядку в розкладі вільної енергії. В цьому випадку фазова діаграма характеризується гіпотетичною точкою Ліфшиця.

Публікації автора:

1. Kityk A.V., Vlokh O.G., Zadorozhna A.V., Czapla Z. On the pressure-temperature phase diagram of NH₄HSeO₄ crystal: acoustical treatment // Ferroelectrics Letters. - 1994. - Vol. 17. - P. 1 - 4.

2. Kityk A.V., Zadorozhna A.V., Shchur Ya.I., Martynyuk-Lototska I.Yu., Burak Ya., Vlokh O.G. Elastic Properties of Cs₂HgBr₄ and Cs₂CdBr₄ Crystals // Aust. J. Phys. - 1998. - Vol. 51. - P. 943-957.

3. Kityk A.V., Zadorozhna A.V., Shchur Ya.I., Martynyuk-Lototska I.Yu., Vlokh O.G. Lattice Instability of Cs₂HgCl₄ Crystals I. Elastic Properties // Phys. Stat. Sol.(b). - 1998. - Vol. 210. - P. 35-45.

4. Kityk A.V., Shchur Ya.I., Zadorozhna A.V., Trach I.B., Girnyk I.S., Martynyuk-Lototska I.Yu.,
   Vlokh O.G. Pressure-induced ferroelastic instability and lattice dynamics of Cs₂HgCl₄ crystals within the semiempirical rigid-ion model // Phys. Rev. B. - 1998. - Vol. 58, N5. - P. 2505-2512.

5. Kityk A.V., Shchur Ya.I., Zadorozhna A.V., Trach I.B., Girnyk I.S., Martynyuk-Lototska I.Yu., Vlokh O.G. Lattice Instability of Cs₂HgCl₄ Crystals II. Ferroelastic Instability and Lattice Dynamics within the Semiempirical Rigid-Ion Model // Phys. Stat. Sol. (b). - 1999. - Vol. 211. - P. 631-640.

6. Kityk A.V., Zadorozhna A.V. Phase diagrams of incommensurate ferroelectric NH₄HSeO₄: phenomenological treatment // Cond. Matt. Phys. - 2000. - Vol. 3, N4(24). - P. 759-766.

7. Kaidan M.V., Zadorozhna A.V., Andrushchak A.S., Kityk A.V. Photoelastic and acousto-optical properties of Cs₂HgCl₄ crystals // Applied Optics. - 2002 - Vol. 41, N25. - P. 5341-5345.

8. Kaidan M.V., Zadorozhna A.V., Andrushchak A.S., Kityk A.V. Cs₂HgCl₄ crystal as a new material for acoustooptical applications // Optical Materials. - 2003. - Vol. 22. - P. 263-268.

9. Kityk A.V., Shchur Ya.I., Vlokh O.G., Zadorozhna A.V., Tratch I.B., Girnyk I.S., Martynyuk-Lototska I.Yu. Ferroelastic instability and lattice dynamics of Cs₂HgCl₄ crystals in a framework of the rigid-ion model // Abstracts of IV Ukrainian-Polish Meeting on Phase Transitions and Ferroelectric Physics. – Dniepropetrovsk (Ukraine). - June 15-19. - 1998. - P. 18.

10. Кітик А., Задорожна А., Сидорик І., Мартинюк-Лотоцька І., Андрущак А., Влох О. Пружні та пружнооптичні властивості неспівмірних кристалів Cs₂HgCl₄, Cs₂HgBr₄ та Cs₂CdBr₄ // Тези Першої Української Школи-Семінару з Фізики Сегнетоелектриків та Споріднених Матеріалів (УШФС-1). - Львів. - 26-28 серпня, 1999. - С. 69.

11. Kityk A.V., Zadorozhna A.V. The phenomenological analysis of the phase diagrams of incommensurate dielectrics I: triple points or artifact? // Abstracts of 9th European Meeting on Ferroelectricity (EMF-9). - Praha (Czech Republic). - July 12-16, 1999. - P. 84.

12. Kityk A.V., Zadorozhna A.V., Sydoryk I.V., Martynyuk-Lototska I.Yu., Andrushchak A.S., Vlokh O.G. Elastic and elastooptic properties of incommensurate Cs₂HgCl₄ crystals // Abstracts of the 9th European Meeting on Ferroelectricity. - Praha (Czech Republic). - July 12-16, 1999. - P. 92.

13. Kaidan M., Mys O., Zadorozhna A., Andrushchak A., Kityk A., Vlokh O. Piezo-, elasto- and acoustooptic properties of incommensurate Cs₂HgCl₄ crystals // Abstracts of Nato Advanced Research Workshop on Modern Aspects of Ferroelectricity and Open Ukrainian-French Meeting on Ferroelectricity. – Kiev (Ukraine). - May 6-11, 2000.

14. Kaidan M.V., Mys O.G., Zadorozhna A.V., Andrushchak A.S., Kityk A.V., Vlokh O.G. Photoelastic and acoustooptical properties of Cs₂HgCl₄ crystals // Abstracts of the 10-th International Meeting on Ferroelectricity. - Madrid (Spain). - September 3-7, 2001. - P. 261.

15. Zadorozhna A.V., Kaidan M.V., Andrushchak A.S., Kityk A.V., Vlokh O.G. Cs₂HgCl₄ crystals as perspective acoustooptical material // Abstracts of International Meeting on Parametric Optics (PARAOPT-2001). – Lviv (Ukraine). – September 17-19, 2001. - P. 76.

16. Zadorozhna A.V., Kaidan M.V., Andrushchak A.S., Kityk A.V., Vlokh O.G. Elastic and acoustooptical properties of Cs₂HgCl₄ crystals // Abstracts of International Conference on Problems of Interaction of Radiation with Matter. - Gomel (Belarus). -30 October- 1 November, 2001. -
    P. 117-119.

17. Zadorozhna A.V., Kityk A.V. Cs₂HgCl₄ as a new material for acoustooptical applications: optical absorption and refractive indices // Abstracts of VI Ukrainian-Polish and II East-European Meeting on Ferroelectrics Physics (UPEMFP’ 2002). - Uzhgorod-Synjak (Ukraine). – September 6-10, 2002. - P. 62.