mateltechИзвестия высших учебных заведений. Материалы электронной техникиIzvestiya Vysshikh Uchebnykh Zavedenii. Materialy Elektronnoi Tekhniki = Materials of Electronics Engineering1609-35772413-6387MISIS10.17073/1609-3577-2020-2-99-108mateltech-368Research ArticleМатериаловедение и технология. ДиэлектрикиMATERIALS SCIENCE AND TECHNOLOGY. DIELECTRICSТехнология термостимулированной диагностики анизотропии и оптических осей кристалловTechnology for thermostimulated diagnostics of anisotropy and optical axes of crystalsТимохинВ. М.TimokhinV. M.

Тимохин Виктор Михайлович

канд. физ.-мат. наук, доцент кафедры физики, профессор РАЕ

Viktor M. Timokhin: Cand. Sci. (Phys.-Math.), Assistant Professor, Professor of RAE

t.v.m@inbox.ruГармашВ. М.GarmashV. M.

Гармаш Владимир Михайлович

докт. техн. наук, профессор

Vladimir M. Garmash: Dr. Sci. (Eng.), Professor

garmash1@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0003-3733-9713ТеджетовВ. А.TedzhetovV. A.

Теджетов Валентин Алексеевич

Ведущий инженер программист кафедры «Материаловедение полупроводников и диэлектриков»

Valentin A. Tedzhetov: Leading Engineer-Programmer

velmurad@yandex.ruг. Новороссийск, ФГБОУ ВО «ГМУ им. адмирала Ф.Ф. Ушакова»РоссияAdmiral Ushakov State Maritime University, Scientific and Technological Center of Unique Instrumentation of the Russian Academy of Sciences, 15 Butlerova Str., Moscow 117342Russian FederationФГБУ науки «Научно-технологический центр уникального приборостроения РАН»РоссияNational University of Science and Technology MISiS, 4 Leninsky Prospekt, Moscow 119049Russian FederationНациональный исследовательский технологический университет «МИСиС», Ленинский просп., д. 4, Москва, 119049, РоссияРоссияScientific and Technological Center of Unique Instrumentation of the Russian Academy of Sciences, 15 Butlerova Str., Moscow 117342Russian Federation20200808202023299108Copyright © Тимохин В.М., Гармаш В.М., Теджетов В.А., 20202020Тимохин В.М., Гармаш В.М., Теджетов В.А.Timokhin V.M., Garmash V.M., Tedzhetov V.A.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://met.misis.ru/jour/article/view/368

Для осуществления технологии термостимулированной диагностики анизотропии и оптических осей кристаллов образец выдерживают при температуре, не превышающей температуру плавления, к образцу прикладывают электрическое поле, не превышающее поле пробоя, производят поляризацию в течение времени, большего времени релаксации при данной температуре. После этого, не отключая электрического поля, производится охлаждение до температуры жидкого азота, затем поле отключают, осуществляют линейный нагрев образца до температуры выше температуры поляризации и исследуют спектры термостимулированной деполяризации (ТСТД), полученные продольно и перпендикулярно оптической оси шестого порядка С6 кристалла. При сравнении полученных спектров определяют наличие анизотропии, а по величине и наличию максимумов ТСТД определяют точное направление оптических осей.

To implement the technology of thermally stimulated diagnostics of anisotropy and optical axes of crystals, the sample is thermostated at a temperature not exceeding the melting point, an electric field not exceeding the breakdown field is applied to the sample, polarization is produced for a time greater than the relaxation time at this temperature. After that, without disconnecting the electric field, cooling to the temperature of liquid nitrogen is performed, then the field is switched off, the sample is linearly heated to a temperature above the polarization temperature and the obtained thermally stimulated depolarization (TSD) spectra taken along and perpendicular to the optical axis of the sixth order C6 crystal are examined. When comparing the obtained spectra, the presence of anisotropy is determined, and the exact direction of the optical axes is determined by the magnitude and presence of the TSD maxima.

диагностикакристаллические материалыанизотропияоптические оситермостимулированные токиdiagnosticscrystalline materialsanisotropyoptical axisthermally stimulated currentsРабота выполнена при финансовой поддержке РФФИ 18-32-00656 мол_а (Исследование взаимосвязи оптико-люминесцентных и механических явлений, обусловленной обратимой ионизацией активатора Ce3+ в монокристаллах Lu2SiO5:Ce3+).This work was supported by the Russian Foundation for Basic Research 18-32-00656 mol_a (Study of the relationship between optical-luminescent and mechanical phenomena caused by reversible ionization of the Ce3+ activator in Lu2SiO5 : Ce3+ single crystals)ReferencesBucci C. Ionic thermocurrent in alkali halide crystals containing substitutional berylling ions / // J. Phys. Rev. 1967. V.167. P.1200.Bucci C. Ionic thermocurrents in alkali halide crystals containing substitutional beryllium ions. Phys. Rev., 1967, vol. 164, no. 3, pp. 1200. DOI: 10.1103/PhysRev.164.1200Bucci C., Fieschi R. Ionic thermoconductivity method for the investigation of polarisation in insulators // Phys. Rev. Letters. 1964. V.12. № 1. P.16.Bucci C., Fieschi R. Ionic thermoconductivity. Method for the investigation of polarization in insulators. Phys. Rev. Lett., 1964, vol. 12, no. 1, pp. 16—19. DOI: 10.1103/PhysRevLett.12.16Johary G.P., Jones J. Study of the low temperature "transitions" in Ice Ih by thermally stimulated depolarization measurements // J. Chem. Phys. 1975. V.62. N.10. P. 4213.Johary G. P., Jones S. J. Study of the low-temperature “transition” in ice Ih by thermally stimulated depolarization measurements. J. Chem. Phys., 1975, vol. 62, no. 10, pp. 4213—4223. DOI: 10.1063/1.430303Takei I., Maeno N. Dielectric properties of single crystals of HC1- doped Ice // J. Chem. Phys. 1984. V. 81. № 12. P.6186 - 6190.Takei I., Maeno N. Dielectric properties of single crystals of HC1-doped ice. J. Chem. Phys., 1984, vol. 81, no. 12, pp. 6186—6190. DOI: 10.1063/1.447573Гороховатский Ю.А. Основы термодеполяризационного анализа. М.: Наука, 1981. 173 с.Gorokhovatsky Yu. А. Osnovy termodepolyarizatsionnogo analiza [Fundamentals of thermodepolarization analysis]. Moscow: Nauka,1981, 173 p. (In Russ.)Пат. 2348045 (РФ). Многофункциональное устройство для исследования физико-технических характеристик полупроводников, диэлектриков и электроизоляционных материалов / В.М. Тимохин В.М. Опубл. 27.02.2009, Бюл. № 6.Pat. 2348045 (RF). Mnogofunktsional’noe ustroistvo dlya issledovaniya fiziko-tekhnicheskikh kharakteristik poluprovodnikov, dielektrikov i elektroizolyatsionnykh materialov [Multifunctional device for research of physical and technical characteristics of semiconductors, dielectrics and electrical insulating materials] / V. M. Timokhin, 2009. (In Russ.)Пат. 2442972 (РФ). Способ определения положения оптической оси фазовой анизотропной кристаллической пластинки λ/4 / Пикуль О. Ю. Опубл. 20.02.2012, Бюл. №.Pat. 2442972 (RF). Sposob opredeleniya polozheniya opticheskoi osi fazovoi anizotropnoi kristallicheskoi plastinki λ/4 [Method for determining the position of the optical axis of the phase anisotropic crystal plate λ/4]. O. Yu. Pikul, 2012. (In Russ.)Авт. св. 737822 (СССР). Способ определения вида дефектов, их количества, энергии активации, времени релаксации, активационных объёмов дефектов кристаллической решётки диэлектриков и полупроводников и устройство для его реализации / В.И. Булах, В.А. Миронов, М.П. Тонконогов. Опубл. 1980, Бюл. № 20.Certificate of authorship 737822 (USSR). Sposob opredeleniya vida defektov, ikh kolichestva, energii aktivatsii, vremeni relaksatsii, aktivatsionnykh obemov defektov kristallicheskoi reshetki dielektrikov i poluprovodnikov i ustroistvo dlya ego realizatsii [Method for determining the type of defects, their number, activation energy, relaxation time, activation volumes of crystal lattice defects in dielectrics and semiconductors and a device for its implementation] / V. I. Bulakh, V. A. Mironov, M. P. Tonkonogov, 1980. (In Russ.)Пат. 2347216 (РФ). Способ определения температуры появления туннельного эффекта в диэлектриках и электроизоляционных материалах / Тимохин В.М. Опубл. 20.02.2009, Бюл. №5.Pat. 2347216 (RF). Sposob opredeleniya temperatury poyavleniya tunnel’nogo effekta v dielektrikakh i elektroizolyatsionnykh materialakh [Method for determining the temperature of the tunnel effect in dielectrics and electrical insulation materials] /Timokhin V.M. Tunnel effect in widezone crystals with proton conductivity // Journal of Nano and Electronic Physics. 2014. Vol.6. N 3. 03048 (3pp).V. M. Timokhin, 2009. (In Russ.)Тимохин, В.М. «ФИЗИКА ДИЭЛЕКТРИКОВ. Термоактивационная и диэлектрическая спектроскопия кристаллических материалов. Протонный транспорт». Москва: Издательский Дом «МИСиС», 2013. 258 с.Timokhin V. M. Tunnel effect in widezone crystals with proton conductivity. J. Nano and Electronic Phys., 2014, vol. 6, no. 3, pp. 03048 (3pp).Bhallа A.S. Low temperature puroelectric properties of α – LiIO3 single crystals // Journ. Appl. Phys. 1984. V. 55. № 4. P.1229 – 1230.Timokhin V. M. Fizika dielektrikov. Termoaktivatsionnaya i dielektricheskaya spektroskopiya kristallicheskikh materialov. Protonnyi transport [Physics of dielectrics. Thermal activation and dielectric spectroscopy of crystalline materials. Proton transport]. Moscow: Izdatel’skiy dom MISiS, 2013, 258 p. (In Russ.)Тимохин В.М., Гармаш В.М., Теджетов В.А. Спектральная диагностика колебательных центров в кристаллах с водородными связями // Известия вузов «Материалы электронной техники». Дом книги НИТУ «МИСиС» 2019. Т. 22. №.1. С. 35-44. DOI: 10.17073/1609-3577-2019-1-35-44Bhallа A. S. Low temperature puroelectric properties of α-LiIO3 single crystals. J. Appl. Phys., 1984, vol. 55, no. 4, pp. 1229—1230. DOI: 10.1063/1.333170Timokhin V. M., Garmash V. M., Tedzhetov V.A. Infrared Spectroscopy and Tunneling of Protons in Crystals with Hydrogen Bonds // Optics and Spectroscopy. Pleiades Publishing, Ltd. – 2017. V. 122, N 6, P. 889–895. DOI: 10.1134/S0030400X17060224Timokhin V. M., Garmash V. M., Tedzhetov V. A. Spectral diagnostics of vibrational centers in crystals with hydrogen bonds. Izvestiya Vysshikh Uchebnykh Zavedenii. Materialy Elektronnoi Tekhniki = Materials of Electronics Engineering, 2019, vol. 22, no. 1, pp. 35—44. (In Russ.). DOI: 10.17073/1609-3577-2019-1-35-44Tedzhetov V. A., Podkopaev A.V., Sysoev A. A. Study of the energy band structure of Lu2 SiO5 :Ce3+ single crystals by thermally stimulated luminescence method // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, 2019. 525. 012044.Timokhin V. M. Garmash V. M., Tedzhetov V. A. Infrared spectroscopy and tunneling of protons in crystals with hydrogen bonds. Optics and Spectroscopy, 2017, vol. 122, no. 6, pp. 889—895. DOI: 10.1134/S0030400X17060224Блистанов, А.А. Кристаллы квантовой и нелинейной оптики. МИСИС, М. 2000. С. 275.Tedzhetov V. A., Podkopaev A. V., Sysoev A. A. Study of the energy band structure of Lu2SiO5 : Ce3+ single crystals by thermally stimulated luminescence method. IOP Conf. Ser.: Mater. Sci. Eng., 2019, vol. 525, pp. 012044. DOI: 10.1088/1757-899X/525/1/012044Fillaux Fr. Proton transfer in the KHCO3 and acid crystals: a quantum view // Journal of Molecular Structure (Netherlands). 2007. V. 844. P.308.Blistanov A. A. Kristally kvantovoi i nelineinoi optiki [Crystals for quantum and nonlinear optics]. Moscow: MISiS, 2000, 432 p. (In Russ.)Плюснина И.И. Инфракрасные спектры силикатов. МГУ, М., 1967. 190 с.Fillaux Fr. Proton transfer in the KHCO3 and acid crystals: a quantum view. J. Molecular Structure, 2007, vol. 844–845, pp. 308—318. DOI: 10.1016/j.molstruc.2007.05.046Ярославцев А.Б. Протонная проводимость неорганических гидратов // Успехи химии. – 1994. №5. Т. 63. С. 449–455.Plyusnina I. I. Infrakrasnye spektry silikatov [Infrared spectra of silicates]. Moscow: MGU, 1967, 190 p. (In Russ.)Иванов Ю.Н., Суховский А.А., Александрова И.П., Тотц Й., Михель Д. Механизм протонной проводимости в кристаллах NH4SeO4 Я // ФТТ. 2002. Т.44. Вып.6. С. 1032–1038.Yaroslavtsev A. B. Proton conductivity of inorganic hydrates. Russ. Chem. Rev., 1994, vol. 63, no. 5, pp. 429—435. DOI: 10.1070/RC1994v063n05ABEH000095Timokhin V. M. The mechanism of dielectric relaxation and proton conductivity in α-LiIO3 nanostructure // Russian Physics Journal, Springer New York Consultants Bureau. 2009. V.52, N 3. Р.269-274.Ivanov Yu. N., Sukhovsky A. A., Aleksandrova I. P., Totz J., Michel D. The mechanism of proton conductivity in the crystals of NH4SeO4. Fizika tverdogo tela, 2002, vol. 44, no. 6, pp. 1032—1038. (In Russ.)Пат. 2566389 (РФ). Термостимулированный способ диагностики анизотропии оптических осей кристаллов / В.М. Тимохин. Опубл. 27.10.2015, Бюл. №30.Timokhin V. M. The mechanism of dielectric relaxation and proton conductivity in α-LiIO3 nanostructure. Russ. Phys. J., 2009, vol. 52, no. 3, pp. 269—274.Timokhin V. M., Garmash V. M., Tarasov V. P. NMR Spectra and Translational Diffusion of Protons in Crystals with Hydrogen Bonds // Physics of the Solid State, Pleiades Publishing, Ltd. 2015. V.57, N 7. P. 1314–1317. DOI: 10.1134/S1063783415070331.Pat. 2566389 (RF). Termostimulirovannyi sposob diagnostiki anizotropii opticheskikh osei kristallov [Thermally stimulated current method of diagnosis of the anisotropy of the optical axes of the crystals]. V. M. Timokhin, 2015. (In Russ.)Timokhin V. M., Garmash V. M., Tarasov V. P. NMR spectra and translational diffusion of protons in crystals with hydrogen bonds. Phys. Solid State, 2015, vol. 57, no. 7, pp. 1314—1317. DOI: 10.1134/S1063783415070331Timokhin V. M., Garmash V. M., Tarasov V. P. NMR spectra and translational diffusion of protons in crystals with hydrogen bonds. Phys. Solid State, 2015, vol. 57, no. 7, pp. 1314—1317. DOI: 10.1134/S1063783415070331

The authors declare that there are no conflicts of interest present.