Пьезоспектроскопия. РЕАЛЬНАЯ ФИЗИКА. Глоссарий по физике

Пьезоспектроскопия - прецизионный метод исследования зависимости свойств твёрдых тел от внеш. давления методами оптич. спектроскопии. Особенно эффективна П. для изучения электронных свойств полупроводников, зависящих от их зонной структуры, в частности от ширины запрещённой зоны

Т. к.

зависит от межатомного расстояния (межатомной связи), то с увеличением давления p можно было бы ожидать роста

Оказалось, что в прямозонных полупроводниках

действительно обычно растёт (исключение - Те и халькогениды Pb ). В кристаллах с неск. минимумами функции

в зоне проводимости (

- энергия электрона,

- его импульс) для одних минимумов

растёт, для других - убывает. Напр., при увеличении давления

в Ge увеличивается с градиентом 7,5·10^-3 эВ/кбар (в InSb и GaAs - 12·10 эВ/кбар), но при r

50 кбар X-минимум зоны проводимости становится ниже i-минимума, что означает уменьшение

с ростом давления (рис.). Т. о., отрицат. значение

означает, что величину

начинает определять др. минимум, чем при нормальном давлении.

Изменение ширины запрещённой зоны

в зависимости от давления для Si и Ge.

Теория, описывающая влияние давления на электронный спектр, построена для ковалентных и ионных кристаллов. Отражение и поглощение света в полупроводнике (а также фотопроводимость)определяются зависимостью диэлектрич. проницаемости от частоты w (см. Диэлектрики ).Действительная e' и мнимая e'' части функции e(w) связаны с коэф. поглощения a и преломления n света соотношениями

(m - магн. проницаемость). Зависимость e(w) определяется электронами и ионами кристалла. Электронная часть диэлектрич. проницаемости

. В случае, когда энергия светового кванта

превышает ширину запрещённой зоны

полупроводника,

, определяемое Крамерса-Кронига соотношением, меняется с давлением незначительно, а изменения

даются ф-лой

Здесь т - масса электрона, М₁, М₂, М₃ - гл. компоненты тензора приведённой массы М =(m_Э^-1+m_д^-1)^-1, m_э, m_д - гл. компоненты тензора эффективной массы электрона и дырки, е - заряд электрона, - вектор поляризации света, е - матричные элементы операторов импульса электронов (дырок). Множитель

отражает зависимость плотности, состояний в зоне проводимости (валентной зоне) от энергии кванта. Матричные элементы е слабо зависят от давления (как и постоянная решётки). Незначительно меняются и эфф. массы носителей, т. е. М. Осн. влияние давления связано со сдвигом электронных уровней, определяющих плотность состояний. Давление позволяет не только сдвигать электронные уровни, но и изменять электронный спектр.

По спектральной зависимости коэф. поглощения света

можно определить

в исходном и деформированном кристаллах;

изменяется с ростом давления примерно на b10^-5- 10^-6 эВ/кбар.

Вклад ионов в функцию e(w) слабо зависит от давления. Изменения

отражают в осн. изменения фононного спектра с давлением. В случае ковалентных кристаллов частоты оптич. продольных LO- и поперечных TO-колебаний решётки растут с давлением, а частоты акустич. LA- и ТА -колебаний падают (см. Колебания кристаллической решётки). Изменение межатомного расстояния под действием давления меняет конфигурацию электронной оболочки колеблющихся атомов, поэтому меняется и эфф. заряд ионов (знак изменения возможен любой).

Все вышеперечисленные эффекты проявляются при однородном гидростатич. давлении. В то время как оно не меняет симметрию решётки, одноосное напряжение понижает симметрию системы и поэтому приводит к расщеплению первоначально вырожденных уровней. Новый тип симметрии кристалла зависит от направления, в к-ром приложено напряжение.

Одноосные напряжения изменяют симметрию зоны Бриллюэна. Поскольку нек-рые точки k в зоне становятся при этом неэквивалентными, приложение одноосного напряжения приводит к дополнит. расщеплению уровней. Это детально проверено при исследовании пьезопоглощения света у края межзонного перехода и пьезоотражения в др. критич. точках. Именно так была подтверждена интерпретация края поглощения в Ge и Si, где минимум зоны проводимости расположен в точке L и на оси D.

Метод П. эффективен при изучении симметрии примесных и экситонных состояний. В случае мелких примесей или слабосвязанных экситонов прежде всего существенно влияние напряжения на структуру энергетич. зон. Затем устанавливают, как это сказывается на связанных состояниях, происходящих от разл. критич. точек. У глубоких примесей энергия связи зависит больше от конфигурации ближайших атомов и ионов, чем от сдвигов зон. Поэтому влияние одноосного напряжения на примесные уровни тем сильнее, чем глубже потенциал примеси и чем больше локализованы волновые функции.

Литература по пьезоспектроскопии

Знаете ли Вы, что cогласно релятивистской мифологии "гравитационное линзирование - это физическое явление, связанное с отклонением лучей света в поле тяжести. Гравитационные линзы обясняют образование кратных изображений одного и того же астрономического объекта (квазаров, галактик), когда на луч зрения от источника к наблюдателю попадает другая галактика или скопление галактик (собственно линза). В некоторых изображениях происходит усиление яркости оригинального источника." (Релятивисты приводят примеры искажения изображений галактик в качестве подтверждения ОТО - воздействия гравитации на свет)
При этом они забывают, что поле действия эффекта ОТО - это малые углы вблизи поверхности звезд, где на самом деле этот эффект не наблюдается (затменные двойные). Разница в шкалах явлений реального искажения изображений галактик и мифического отклонения вблизи звезд - 10¹¹ раз. Приведу аналогию. Можно говорить о воздействии поверхностного натяжения на форму капель, но нельзя серьезно говорить о силе поверхностного натяжения, как о причине океанских приливов.
Эфирная физика находит ответ на наблюдаемое явление искажения изображений галактик. Это результат нагрева эфира вблизи галактик, изменения его плотности и, следовательно, изменения скорости света на галактических расстояниях вследствие преломления света в эфире различной плотности. Подтверждением термической природы искажения изображений галактик является прямая связь этого искажения с радиоизлучением пространства, то есть эфира в этом месте, смещение спектра CMB (космическое микроволновое излучение) в данном направлении в высокочастотную область. Подробнее читайте в FAQ по эфирной физике.