Birefringența și structura benzilor energetice ale materialelor calcopirite CuAl/sub x/Ga/sub 1- x/Se(S)/sub 2/

Abstract

Scopul lucrării: Identificarea structurii benzilor energetice şi tranziţiilor electronice în centrul zonei Brillouin şi în alte puncte de simetrie înaltă ale zonei Brillouin în cristale de CuAlxGa1-xSe(S)2, inclusiv determinarea parametrilor excitonilor şi polaritonilor excitonici şi elucidarea anizotropiei proprietăţilor optice şi birefringenţei în aceste materiale pentru elaborarea filtrelor optice.

Noutatea şi originalitatea ştiinţifică a rezultatelor: În premieră a fost efectuată o analiză comparativă a parametrilor excitonici, despicării benzilor de valenţă în rezultatul acţiunii câmpului cristalin şi interacţiunii spin-orbită în materialele CuAl/sub x/Ga/sub 1- x/Se(S)/sub 2/, puterii efectului polaritonic, maselor efective ale purtătorilor de sarcină şi legăturii lor cu parametrii cationilor. A fost propusă o metodă inedită de identificare a tranziţiilor electronice în diferite puncte critice ale zonei Brillouin în baza analizei ratei de deplasare a maximelor în spectrele de reflexie cu schimbarea compoziţiei soluţiilor solide. În premieră au fost identificate punctele izotrope în soluţii solide CuAl/sub x/Ga/sub 1- x/Se(S)/sub 2/, care au fost explorate pentru elaborarea filtrelor optice.

Implementarea rezultatelor ştiinţifice: Filtrele optice stop-bandă elaborate au fost aplicate în procesul de cercetare la Centrul Național de Studiu și Tesatare a Materialelor, în instalația destinată măsurării spectrelor de luminescență a materialelor semiconductoare, pentru eliminarea radiației laserului, care excită luminescența, astfel evitând interferența radiației laser cu radiația luminescenței de la proba investigată. Rezultatele obţinute au fost aplicate și în procesul de studii la Departamentul Telecomunicații și Sisteme Electronice, UTM.

Research objectives: Determination and comparative analysis of excitons and polaritons from the optical specters of materials from this class. Identification of energy band structure and electronic transitions in high symmetry points of the Brillouin zone from the analysis of evolution of reflection spectra with changing the composition of solid solutions. Analysis of the anisotropy of transmission and reflection spectra, of spectral dependences of optical coefficients and dielectric functions, in order to identify the isotropic points determined by the birefringence and to construct optical filters. Scientific novelty and originality of the results: For the first time it has been performed an comparative analysis of exciton parameters, splitting of the valence bands due to crystal field and spin-orbit interaction in CuAlxGa1-xSe(S)2 materials, polariton effect strength, effective masses of charge carriers and their relations to cation parameters. A new method was proposed for the identification of electronic transitions in different critical points of the Brillouin zone on the basis of the analysis of peaks shift rates in the reflection spectra with changing the composition solid solutions. Isotropic points of CuAlxGa1-xSe(S)2 solid solutions have been identified for the first time, and they were explored for the elaboration of optical filters. The implementation of the scientific results. The developed stop-band optical filters have been applied in the research process at the National Center for Material Study and Testing, in the experimental set-up for measuring the luminescence spectra of semiconductor materials, for removal of the laser radiation used for excitation of the luminescence, therefore avoiding the interference of the laser radiation with the luminescent radiation from the investigated sample. The obtained results have been also applied in the teaching process at the Department of Telecommunications and Electronic Systems, TUM.