Экситонный спектр поглощения и фазовые переходы в тонких пленках сегнетоэластиков Сs₂CdI₄ и Rb₂CdI₄

Abstract

Исследован спектр поглощения тонких пленок сегнетоэластиков M₂CdI₄ (M: Cs, Rb) со структурой типа β-K₂SO₄ в интервале энергий 3-6 эВ и температур 90-420 К. Установлено, что оба соединения относятся к прямозонным диэлектрикам, и низкочастотные электронные и экситонные возбуждения локализованы в CdI₄²⁻ структурных элементах кристаллической решетки соединений. По температурным зависимостям спектрального положения и полуширины низкочастотных экситонных полос в Rb₂CdI₄ обнаружен фазовый переход при 380 К (парафаза → несоразмерная), фазовый переход I рода при 320 К (несоразмерная → первая сегнетоэластическая) и II рода при 210 К (первая → вторая сегнетоэластические фазы). Подобные, но менее выраженные, фазовые переходы найдены в Cs₂CdI₄ при более низких температурах. В сегнетоэластических фазах исследованных соединений появляется дополнительное уширение полос, связанное, по-видимому, с рассеянием экситонов на флуктуации деформации в области доменных границ.

The absorption spectrum of thin films of the ferroelastics M₂CdI₄ ( M = Cs , Rb) with a structure of the β-K₂SO₄ type is investigated in the energy range 3–6 eV and temperature range 90–420 K. It is found that both compounds are direct-gap insulators, and the low-frequency electronic and excitonic excitations are localized in the CdI₄²⁻ structural elements of their crystal lattice. From the temperature dependence of the spectral absorption and the half-widths of the low-frequency excitonic bands in Rb₂CdI₄ it is found that there is a phase transition at 380 K ( paraphase → incommensurate ), a first-order phase transition at 320 K ( incommensurate → first ferroelastic phase), and a second-order phase transition at 210 K ( first → second ferroelastic phase). Similar, but less pronounced phase transitions are found in Cs₂CdI₄ at lower temperatures. In the ferroelastic phases of these compounds an additional broadening of the bands appears, apparently due to the scattering of excitons on strain fluctuations in the domain-wall regions.

Досліджено спектр поглинання тонких плівок сегнетоеластиків M₂CdI₄ (M: Cs, Rb) зі структурою типу β-K₂SO₄ в інтервалі енергій 3-6 еВ і температур 90-420 К. Виявлено, що обидві сполуки належать до прямозонних діелектриків, і низькочастотні електронні та екситонні збудження локалізовано в CdI₄²⁻структурних елементах кристалічної ґратки сполук. По температурним залежностям спектрального положення та напівширини низькочастотних екситонних смуг у Rb₂CdI₄ виявлено фазовий перехід при 380 К (парафаза → неспіврозмірна), фазовий перехід I роду при 320 К (неспіврозмірна перша сегнетоеластична) і II роду при 210 К (перша → друга сегнетоеластичні фази). Подібні, але менш виражені, фазові переходи знайдено в Cs₂CdI₄ при більш низьких температурах. У сегнетоеластичних фазах досліджених сполук з являється додаткове уширення смуг, що зв язано, мабуть, з розсіюванням екситонів на флуктуації деформації в області доменних границь.