Исследования полупроводников и сегнетоэлектриков с помощью EXAFS

Спектроскопия рентгеновского поглощения (XAFS), включающая в себя изучение как дальней (EXAFS), так и околокраевой структуры (XANES) в спектрах поглощения, является мощным методом структурных исследований. Этот метод широко используется в физике, материаловедении, химии (в особенности в координационной химии и катализе), биологии, геохимии и исследованиях окружающей среды. Метод применим не только к изучению кристаллических материалов, но может использоваться и для исследования различных неупорядоченных, нанокристаллических и аморфных материалов, а также жидкостей.

В нашей лаборатории мы используем EXAFS-спектроскопию для изучения локального окружения изовалентных и неизовалентных примесей в узкозонных полупроводниках группы A⁴B⁶ и кристаллах семейства перовскита, уделяя особое внимание нецентральным примесям, которые могут вызывать появление сегнетоэлектрических фазовых переходов в этих материалах. Измерения спектров проводятся на источниках синхротронного излучения в Германии (BESSY), Англии (Daresbury Laboratory) и в Курчатовском центре синхротронного излучения. Нами исследуются механизмы, посредством которых различные примеси влияют на свойства сегнетоэлектриков, в частности, температуру фазового перехода (температуру Кюри). При этом при анализе данных используются результаты расчетов, выполненные из первых принципов (ab initio). Интересным результатом наших исследований явилось обнаружение нового класса нецентральных примесей -- нецентральных примесей большого радиуса; примерами таких примесей могут служить атомы свинца и олова в теллуриде германия (GeTe).

В настоящее время методом EXAFS-спектроскопии нами проводятся исследования формы трехмерной потенциальной ямы, в которой движутся нецентральные примеси. Эта потенциальная яма характеризуется сильной анизотропией и ангармонизмом, что делает неприменимым стандартный подход к обработке данных, основанный на использовании кумулянтных разложений. Наш подход использует точное трехмерное интегрирование функции распределения, которая рассчитывается методами квантовой статистики на основе численного решения трехмерного уравнения Шредингера для ангармоничного анизотропного потенциала.

Состав группы:

• Александр Лебедев
  
• Ирина Случинская

Публикации по теме:

• A.I. Lebedev, I.A. Sluchinskaya, V.N. Demin and I.H. Munro. EXAFS studies of the interaction of Ge off-center atoms and impurities in GeTe. Poster presentation at the European Meeting on Ferroelectricity (EMF8) (Nijmegen, July 1995).

• А.И. Лебедев, И.А. Случинская, В.Н. Демин, И. Манро. Исследование методом EXAFS-спектроскопии влияния примесей на сегнетоэлектрический фазовый переход в GeTe. Изв. Акад. Наук, сер. физ., 60, N 10, 46 (1996).

• В.В. Вавилова, Ю.К. Ковнеристый, А.И. Лебедев, В.В. Михайлин, Н.А. Палий, А.Л. Рогалев. Исследование аморфных сплавов Re₈₇Ta₁₃ и Re₄₈W₅₂ методом EXAFS-спектроскопии. Докл. Акад. Наук, 348, 197 (1996).

• A.I. Lebedev, I.A. Sluchinskaya, V.N. Demin and I.H. Munro. Off-centering of Pb and Sn impurities in GeTe induced by strong local stress. The 9th Int. Conf. on X-ray Absorption Fine Structure (Grenoble, August 1996), Program and Abstracts, Abstract PS3-82.

• А.И. Лебедев, И.А. Случинская, В.Н. Демин, И. Манро. Нецентральность примесных атомов Pb и Sn, индуцированная сильным локальным напряжением в решетке GeTe. Письма в ЖЭТФ, 63, 600 (1996).

• A.I. Lebedev, I.A. Sluchinskaya, V.N. Demin and I.H. Munro. Off-centering of Pb and Sn impurities in GeTe. Phys. Rev. B, 55, 14770 (1997).

• A.I. Lebedev, I.A. Sluchinskaya, V.N. Demin and I.H. Munro. Influence of Se, Pb and Mn impurities on the ferroelectric phase transition in GeTe studied by EXAFS. Phase Transitions, 60, 67 (1997).

• A.I. Lebedev, I.A. Sluchinskaya, V.N. Demin, I.H. Munro and G. van Dorssen. EXAFS studies of the local structure of In in PbTe, SnTe and GeTe. Daresbury Laboratory Scientific Reports 1996-97, pp. 248-249.

• А.И. Лебедев, И.А. Случинская, В.Н. Демин, И. Манро. Исследование локального окружения атомов свинца и селена в твердом растворе PbTe_1-xSe_x методом EXAFS. Физика твердого тела, 41, 1394 (1999).

• А.И. Лебедев, А.В. Мичурин, И.А. Случинская, В.Н. Демин, И. Манро. Структура и электрические свойства твердых растворов InTe_1-xSe_x и In_1-xGa_xTe. Кристаллография, 45, 611 (2000).

• A.I. Lebedev, A.V. Michurin, I.A. Sluchinskaya, V.N. Demin, I.H. Munro. EXAFS and electrical studies of new narrow-gap semiconductors: InTe_1-xSe_x and In_1-xGa_xTe. J. Phys. Chem. Sol. 61, 2007 (2000).

• A. Lebedev, I. Sluchinskaya, I. Munro. EXAFS study of PbS-SnS solid solution. J. Synchr. Rad. 8, 800 (2001).

• С.Г. Дорофеев, А.И. Лебедев, С.Г. Никитенко, И.А. Случинская, О.И. Тананаева. Определение зарядового состояния тулия в PbTe методом XANES. 3-я Национальная конф. по использованию рентгеновского, синхротронного излучений, нейтронов и электронов для исследования материалов (Москва, 2001). Тезисы докладов, с. 98.

• А.И. Лебедев, И.А. Случинская. XAFS-спектроскопия и ее применение в материаловедении. В сб.: Методы исследования структуры и субструктуры материалов (п/ред. В.М. Иевлева). Воронеж, 2001, с. 180-246.

• A.I. Lebedev, I.A. Sluchinskaya. Direct determination of the shape of potential well for off-center Ge atom in GeTe-SnTe solid solution by EXAFS technique. 7th Russia/CIS/Baltic/Japan Symposium on Ferroelectricity (St. Petersburg, June 2002), Abstract book, p. 29.

• А.И. Лебедев, И.А. Случинская, И. Манро. Исследование локальной структуры твердого раствора Pb_xSn_1-xS методом EXAFS-спектроскопии. Физика твердого тела, 44, 1568 (2002).

• A.I. Lebedev, I.A. Sluchinskaya. EXAFS study of the influence of impurities on the phase transition in GeTe. Ferroelectrics, 298, 189 (2004).

• A.I. Lebedev, I.A. Sluchinskaya. A new method for determining parameters of the potential well of off-center atoms from EXAFS data. Crystallography Reports, 49, Suppl. 1, S94 (2004).

• A.I. Lebedev, I.A. Sluchinskaya, S.G. Nikitenko, S.G. Dorofeev. Determination of Tm charge state in PbTe(Tm) by XANES method. Physica Scripta, T115, p. 365 (2005).

• А.И. Лебедев, И.А. Случинская. Новый метод определения параметров потенциальной ямы нецентральных атомов с помощью EXAFS-спектроскопии. Вестник Моск. ун-та, сер. физ., астрон., N 6, 46-50 (2005).

• А.И. Лебедев, И.А. Случинская. Учет квантовых эффектов при обработке спектров EXAFS в системах с высокой степенью ангармонизма. Тез. докл. 5-й Национальной конф. по применению рентгеновского, синхротронного излучений, нейтронов и электронов для исследования наноматериалов и наносистем (РСНЭ НАНО-2005), с. 366.

• A.A. Veligzhanin, A.I. Lebedev, V.V. Mischenko, I.A. Sluchinskaya, A.A. Chernyshov. EXAFS study of the local environment of Pb impurity in CaTiO3, SrTiO3 and BaTiO3. 5th Int. Seminar on Ferroelastic Physics (ISFP-5, Voronezh, Russia, 2006). Abstract book, p. 52.

• А.И. Лебедев, И.А. Случинская. Параметры потенциальной ямы нецентрального атома Ge в твердом растворе GeTe-SnTe. Физика твердого тела, 49, 1077 (2007).

• А.И. Лебедев, И.А. Случинская, А. Ерко, А.А. Велигжанин, А.А. Чернышов. Локальное окружение примеси свинца в титанатах бария, стронция и кальция по данным XAFS-спектроскопии. Физика твердого тела, 51, 940 (2009).

• А.И. Лебедев, И.А. Случинская, А. Ерко, В.Ф. Козловский. Прямое доказательство нецентральности примеси Mn в SrTiO₃. Письма в ЖЭТФ, 89, 545 (2009).

• И.А. Случинская, А.И. Лебедев, А. Ерко. Локальное окружение и зарядовое состояние примеси Mn в SrTiO₃ по данным XAFS-спектроскопии. Известия РАН. Сер. физическая, 74, 1289 (2010).

• И.А. Случинская, А.И. Лебедев, А. Ерко. Локальная структура и зарядовое состояние примеси Pr в SrTiO₃ по данным XAFS-спектроскопии. Физика твердого тела, 54, 917 (2012).

• I.A. Sluchinskaya, A.I. Lebedev, A. Erko. Crystal structure, local structure, and defect structure of Pr-doped SrTiO₃. -- J. Appl. Phys. 112, 024103 (2012); e-print arXiv:1203.3066 (2012).

• А.И. Лебедев, И.А. Случинская. Структурная неустойчивость в кристаллах BaZrO₃: расчеты и эксперимент. -- Физика твердого тела, 55, 1825 (2013).

• A.I. Lebedev, I.A. Sluchinskaya. Combined first-principles and EXAFS study of structural instability in BaZrO₃. -- J. Adv. Dielectrics 5, 1550019 (2015); e-print arXiv:1304.6359 (2013).

• I.A. Sluchinskaya, A.I. Lebedev, A. Erko. Structural position and oxidation state of nickel in SrTiO₃. -- J. Adv. Dielectrics 3, 1350031 (2013); e-print arXiv:1307.5082 (2013).

• И.А. Случинская, А.И. Лебедев, А. Ерко. Структурное положение и зарядовое состояние никеля в SrTiO₃. -- Физика твердого тела, 56, 442 (2014).

• M.A. Terekhin, V.N. Makhov, A.I. Lebedev, I.A. Sluchinskaya. Effect of local environment on crossluminescence kinetics in SrF₂:Ba and CaF₂:Ba solid solutions. -- Journal of Luminescence 166, 137 (2015); e-print arXiv:1506.02325 (2015).

Интересные ссылки в интернет:

• База данных публикаций по XAFS-спектроскопии (9400 ссылок)