Спектральная диагностика колебательных центров в кристаллах с водородными связями

При практическом применении кристаллов в оптоэлектронике и лазерной технике необходимо знать направления оптических осей и типов колебательных центров, что является актуальным и необходимым условием. Исследованы инфракрасные спектры пропускания и поглощения гексагональных кристаллов иодата лития α-LiIО3, выращенных методом открытого испарения в растворах H2O и D2O, а также природных пластинчатых кристаллов флогопита и мусковита моноклинной сингонии. По спектрам пропускания оценена ширина запрещенной зоны исследованных кристаллов. По спектрам поглощения определены энергия активации и длина волны колебательных центров, связанных с колебаниями протонов, ионов гидроксония Н3О+, протия Н+, групп ОН- и молекул HDO. Показана хорошая корреляция параметров инфракрасных спектров со спектрами термостимулированных токов деполяризации и спектров ядерно-магнитного резонанса. Рассмотрена возможность диагностики типов колебательных центров с помощью инфракрасных спектров, что также позволяет выяснить направление оптических осей. Полученные результаты позволяют использовать ИК-спектры для определения не только типов колебательных центров, но и наличия анизотропии кристаллической решетки исследуемых кристаллов.

диагностика, инфракрасные спектры, термостимулированные токи деполяризации, колебательные центры, протоны, оптические оси, анизотропия, ядерный магнитный резонанс

1. Пат. 2566389 (РФ). Термостимулированный способ диагностики анизотропии оптических осей кристаллов / В. М. Тимохин, 2015.

2. Пат. 2442972 (РФ). Способ определения положения оптической оси фазовой анизотропной кристаллической пластинки λ/4 / О. Ю. Пикуль, 2012.

3. Petrenko V. F., Ryzhkin V. F. Dielectric properties of ice in the presence of space charge // Phys. Stat. Solidi (b). 1984. V. 121, Iss. 1. P. 421—427. DOI: 10.1002/pssb.2221210145

4. Тонконогов М. П. Диэлектрическая спектроскопия кристаллов с водородными связями. Протонная релаксация // УФН. 1998. Т. 168, № 1. С. 29—54. DOI: 10.3367/UFNr.0168.199801b.0029

5. Белушкин А. В. Новые подходы к анализу структуры кристаллов. Нестандартный метод в изучении механизмов диффузии атомов и молекул // УФН. 2003. Т. 173, №11. С. 1258—1262. DOI: 10.3367/UFNr.0173.200311k.1258

6. Тимохин В. М. Механизм диэлектрической релаксации и протонная проводимость в наноструктуре α-LiIО3 // Известия вузов. Физика. 2009. Т. 52, № 3. С. 46—50.

7. Lee C.-W., Lee P.-R., Kim Y.-K., Kanga H. Mechanistic study of proton transfer and H/D exchange in ice films at low temperatures (100—140 K) // J. Chem. Phys. 2007. V. 127, Iss. 8. P. 084701. DOI: 10.1063/1.2759917

8. Шалимова К. В. Физика полупроводников. М.: Энергоатомиздат, 1985. 392 c.

9. Блистанов А. А. Кристаллы квантовой и нелинейной оптики. М.: МИСиС, 2000. 760 с.

10. Шишелова Т. И., Созинова Т. В., Коновалова А. Н. Практикум по спектроскопии. Вода в минералах : учебное пособие. М.: Изд-во «Академия Естествознания», 2010. 210 с.

11. Fillaux F. Proton transfer in the KHCO3 and benzoic acid crystals: A quantum view // J. Molecular Structure. 2007. V. 844—845. P. 308—318. DOI: 10.1016/j.molstruc.2007.05.046

12. Воронина Т. В., Слободов А. А. Спектроскопия и термодинамическое исследование тяжелой воды // Оптический журнал. 2011. Т. 78, Вып. 3. С. 3—9.

13. Timokhin V. M. Garmash V. M., Tedzhetov V. A. Infrared spectroscopy and tunneling of protons in crystals with hydrogen bonds // Optics and Spectroscopy. 2017. V. 122, N 6. P. 889—895. DOI: 10.1134/S0030400X17060224

14. Плюснина И. И. Инфракрасные спектры силикатов. М.: МГУ, 1967. 190 с.

15. Бредихин В. И., Дмитренко Л. А., Киселева Н. В., Королихин В. В., Котова М. А., Новиков М. А., Рубаха В. И. Экспериментальное исследование природы инфракрасного поглощения монокристаллов α-LiIO3 // Кристаллография. 1982. Т. 27, Вып. 5. С. 928—931.

16. Егоров Н. Б., Шагалов В. В. Инфракрасная спектроскопия редких и рассеянных элементов: учебно-методические указания. Томск, Изд-во ТПУ, 2008. 20 с.

17. Ярославцев А. Б. Протонная проводимость неорганических гидратов // Успехи химии. 1994. Т. 63, № 5. С. 449—455.

18. Fedorova S. V. Physical and chemical and electric indicators of the micalex // Theoretical & Applied Science. 2015. V. 24,

19. Iss. 4. P. 145—148. DOI: 10.15863/TAS.2015.04.24.25

20. Шишелова Т. И., Колодезникова А. Н., Шульга В. В. Метод ИК-спектроскопии как метод оценки сортности минерального сырья // Фундаментальные исследования. 2015. № 2-15. С. 3294—3298. URL: http://www.fundamental-research.ru/ru/article/view?id=37771

21. Папко Л. Ф., Кравчук А. П. Физико-химические методы исследования неорганических веществ и материалов. Практикум : учеб.-метод. пособие. Минск: БГТУ, 2013. 95 с. URL: https://elib.belstu.by/handle/123456789/25560

22. 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. 2015. V. 57, N 7. P. 1314—1317. DOI: 10.1134/S1063783415070331

23. Иванов Ю. Н., Суховский А. А., Александрова И. П., Тотц Й., Михель Д. Механизм протонной проводимости в кристаллах NH4SeO4 // ФТТ. 2002. Т. 44, Вып. 6. С. 1032—1038.

24. Маэно Н. Наука о льде. М.: Мир, 1988. 230 с.