РОЗДІЛ 2
ТЕХНОЛОГІЯ І МЕТОДИКА ЕКСПЕРИМЕНТУ
2.1. Вирощування кристалів і підготовка зразків для досліджень
Усі досліджувані нами кристали групи [N(CH3)4]2MeCl4 отримані на кафедрі нелінійної оптики Львівського національного університету імені Івана Франка. Монокристали вирощували з водного розчину солей методом повільного випаровування за кімнатної температури. Сировиною для їхнього синтезу були солі тетраметиламонію хлористого [N(CH3)4]Cl, а також хлориди відповідних металів ZnCl2, CuCl2, FeCl2, CoCl2, MnCl2, чи їхні гідратовані сполуки. Перелічені компоненти, попередньо декілька разів перекристалізовані, розчиняли в дистильованій воді у відповідному молярному співвідношенні. Емпіричним шляхом виявлено, що ліпші умови росту були за деякого надлишку хлоридів металів. Ненасичені розчини заливали в скляні кристалізатори, в яких температуру підтримували сталою й однорідною по всьому об'єму з точністю ?0,05К. На тонкій мідній дротині в кристалізатор підвішували затравку, яку отримували попередньо в процесі спонтанної кристалізації. Впродовж 30-40 діб отримували оптично однорідні кристали об'ємом 0,5-1,5 см3. Кристали мали добре розвинуте кристалографічне огранування. Установка кристалів, проводилась відповідно до даних праць [127, 98], рентгеноструктурним методом на дифрактометрі УРС-2. Оскільки у вихідній фазі кристали належать до просторової групи , то кристалографічна система координат збігається з кристалофізичною. Кристалофізичні осі вибрані так, що вісь модуляції збіглася із псевдогексагональною с-віссю кристала, спонтанна поляризація була паралельна до осі а, а співвідношення між осями .
Усі вирощені кристали були прозорі у видимій області спектра за винятком кристалів [N(CH3)4]2СоCl4, які мали темно синє забарвлення.
Підготовка зразків, особливо для оптичних досліджень, має важливе значення. Вимоги до зразків такі: а) висока ступінь площинності граней і плоскопаралельності протилежних граней, через які проходить світловий промінь; б) висока чистота обробки оптичних поверхонь.
Такі вимоги зумовлені наявністю величини d (товщини кристалів) у розрахункових формулах, а також необхідністю зменшити фонове розсіяння світла, яке погіршує точність вимірювань.
Похибка вимірювання d на 1 мкм вносить похибку в ???n) порядку 10-7. Тому вибирали і мінімальний переріз світлового пучка (близько 1,0-1,5 мм). Вимога температурної однорідності зразків визначила їхню товщину (як звичайно, 0,2-0,8мм). Тільки під час дослідження впливу зовнішніх тисків характерні розміри зразків становили 3-5 мм. Зразки для досліджень вирізали у формі паралелепіпедів чи тонких пластинок за допомогою нитки, змоченої водою. Далі їх шліфували на плоскому матовому склі, покритому сумішшю силіконового масла з абразивними порошками М5 і М3. На завершальному етапі зразки полірували за допомогою алмазної пасти М1/0.
З метою дослідити вплив рентгенівських дефектів зразки опромінювали на рентгенівській установці "ИРИС". Для цього їх виставляли безпосередньо біля вікна молібденової трубки, яка працювала в заданому режимі (напруга на електродах U=40 кB, струм через трубку І=13мА). Концентрацію рентгенівських дефектів, визначали за часом опромінення зразків. З метою створення градієнта концентрації дефектів вибирали досить товсті зразки (товщина в напрямі поширення рентгенівських променів d~5 мм). Якщо врахувати експоненціальну залежність проникнення рентгенівських променів з товщиною кристала , де К- коефіцієнт поглинання, Іо - інтенсивність падаючого опромінення, то можна зробити висновок, що концентрація рентгенівських дефектів буде зменшуватись за експоненціальним законом від грані, на яку падає опромінення.
Для діелектричних досліджень на протилежні грані оброблених зразків наносили електроди зі срібної пасти. З метою дослідження впливу градієнта електричного поля зразки, крім того, вирізали у вигляді клина у відповідному напрямів (рис. 2.1).
Рис. 2.1. Форма зразка для дослідження впливу градієнта електричного поля: 1-зразок, 2-електроди.
Досліджено також вплив градієнта прикладеного механічного напруження. З цією метою клиноподібну форму надавали верхній грані, до якої прикладали зовнішню силу (рис. 2.2). Якщо світло поширювалось, як показано на рис. 2.2, то в цьому ж напрямі існувала складова .
Рис. 2.2. Форма зразка для дослідження впливу градієнта механічних напружень .
2.2. Методика вимірювань діелектричних параметрів
Діелектричні властивості кристалів досліджувались в лабораторії низьких температур Інституту молекулярної фізики Польської академії наук (м. Одолянув, Польща) та у Вроцлавському університеті (Польща). Дійсну частину діелектричної проникності і тангенс діелектричних втрат вимірювали згідно з традиційним методом вимірювання ємності конденсатора. З цією метою використовували багаточастотний L,C,R-метр "Hewlett-Packard 4275A", який давав змогу безпосередньо вимірювати ємність зразка С і тангенс втрат .
Значення дійсної частини діелектричної проникності визначали зі співвідношення
, (2.1)
де С - ємність зразка; - його товщина; S - площа поверхні. У разі вимірювання ємності зразка з точністю 0,001 пФ відносна точність вимірювання діелектричної проникності становила 0,5-1%. Вимірювання проводили на низьких частотах (?=10 кГц) і за малої вимірювальної змінної напруги (U=0,5 В).
Конструкція L,C,R-метра забезпечувала також можливість подавати на електроди досліджуваного зразка постійну електричну напругу до 200 В. Це використано для вивчення впливу електричного поля на діелектричні властивості кристалів. За товщини зразка ?0,4 мм можна було досягати напруженості електричного поля в зразку ?5?105 В/м.
Для температурних досліджень діелектричних властивостей кристалів використовували гелієвий кріостат з терморегулювальною системою. Кристал встановлювали в кріостат і обдували парами гелію за тиску 12 кПа. На кр