Badania wpływu defektów strukturalnych na własności magnetooptyczne w szkłach tlenkowych

• Autorzy: Golis E.

Warianty tytułu

EN

Investigation of the influence of structural defects on the magneto-optic properties in oxide glasses

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W pracy przedstawiono wyniki badań dotyczące szkieł tlenkowych tellurowych, domieszkowanych pierwiastkami ziem rzadkich. Badania parametrów zdefektowania struktury szkieł przeprowadzono z zastosowaniem metody spektroskopii czasów życia pozytonów PALS i analizy widm z wykorzystaniem oprogramowania LT9. Ocenę własności magnetycznych badanych materiałów przeprowadzono w oparciu o określenie dominującego rodzaju uporządkowania magnetycznego, poprzez pomiary stałopolowej podatności magnetycznej. Własności magnetooptyczne określono w oparciu o pomiary efektu Faradaya i obliczenia stałej Verdeta na podstawie wartości kąta skręcenia płaszczyzny polaryzacji światła. Przeprowadzone badania spektroskopowe pozwalają na wyciągniecie wniosków dotyczących charakteru i stopnia zdefektowania struktury badanych szkieł. W szkłach tellurowych ilość defektów punktowych wzrasta z dodaniem jonów pierwiastków ziem rzadkich, a ilość defektów objętościowych maleje. W badanych szkłach jest więcej defektów objętościowych o mniejszych rozmiarach, wraz z dodatkiem jonów pierwiastków ziem rzadkich rośnie średni rozmiar defektów i jednocześnie maleje ich ilość. Zmiany te korelują ze zmianami gęstości badanych szkieł. Wyniki badań podatności magnetycznej wskazują na zmianę charakteru uporządkowania magnetycznego wywołanego domieszkowaniem badanych materiałów pierwiastkami ziem rzadkich. Dla badanych szkieł tellurowych obserwujemy tendencje wzrostu wartości podatności magnetycznej wraz z domieszkowaniem ich jonami erbu. Uporządkowanie szkieł po dodaniu jonów erbu zachowuje typ paramagnetyczny. Wraz ze wzrostem domieszkowania jonami erbu efekt magnetooptyczny zmniejsza się mimo niewielkiego wzrostu podatności magnetycznej. Obserwowany na podstawie badań PALS wzrost ilości defektów punktowych i wzrost rozmiarów defektów objętościowych może mieć w tym przypadku, przy małej wartości podatności magnetycznej, wpływ na takie zachowanie się efektu magnetooptycznego. Ilość erbu może być zbyt mała, aby dostatecznie podnieść podatność magnetyczną i zniwelować zaburzenia, pochodzące od zmian struktury defektów, które mogą wpływać na pogorszenie się własności magnetooptycznych. Wartość stałej Verdeta jest mniejsza w porównaniu do szkieł tlenkowych zawierających pierwiastki o właściwościach diamagnetycznych takich jak ołów czy bizmut. Otrzymane wartości stałej Verdeta odzwierciedlają wpływ zmian strukturalnych na obserwowane własności szkieł i mogą stanowić ważne wskazania do opracowania nowych materiałów o dobrych własnościach magnetooptycznych dla zastosowań w urządzeniach optoelektronicznych.

EN

The paper presents results of research in tellurite oxide glasses with the addition of rare earth elements. The parameters of glass structure defects were measured by using positron annihilation lifetime spectroscopy (PALS), and all spectra were analysed by the LT9 computer program. The evaluation of the magnetic properties of the investigated materials was based on the determination of the dominant type of magnetic order by measuring the DC magnetic susceptibility. The magneto-optic properties were determined on the basis of Faraday effect measurements and the Verdet constant calculated from the turn angle of the plane of light polarization. The spectroscopic study allows drawing conclusions regarding the defect nature and defect degree of the investigated glasses structure. The number of point defects increases in tellurite glasses with the addition of rare earth ions, and the number of volume defects decreases. There are volume defects in tellurite glasses, and the rare earth ions addition causes an increase of average defect sizes and a simultaneous decrease of the defects amount. These changes correlate with changes in the density of the investigated glasses. The results of magnetic susceptibility measurements indicate the change in the nature of magnetic ordering induced by the addition of rare earth ions. A tendency towards increased values of magnetic susceptibility with the addition of erbium ions is observed in the investigated tellurite glasses. Ordering in glasses remains of the paramagnetic type after the adding erbium ions. The magneto-optic effect is reduced with the increase of the erbium ions addition despite of a slight increase in magnetic susceptibility. An increase in both the amount of point defects and average volume defect sizes, which is indicated by the PALS measurements, together with a small value of magnetic susceptibility may influence such a behaviour of the magneto-optic effect in this case. The addition of erbium could be too small to increase the magnetic susceptibility sufficiently, and to eliminate the disorder originated from changes in the structure of defects which can deteriorate the magneto-optic properties. The Verdet constant is smaller than in oxide glasses, which contain diamagnetic elements such as lead and bismuth. The obtained Verdet constants reflect the influence of structural changes on the observed properties of glasses, and can provide important indications for the development of new materials with unique magneto-optic properties for applications in optoelectronic devices.

Słowa kluczowe

PL

defekty strukturalne; PALS; własności magnetooptyczne; stała Verdeta; szkła tlenkowe tellurowe

EN

structure defects; PALS; magneto-optic properties; Verdet constant; tellurite glasses

• Wydawca: Polskie Towarzystwo Ceramiczne
• Czasopismo: Materiały Ceramiczne
• Rocznik: 2015
• Tom: T. 67, nr 4
• Strony: 388--392
• Opis fizyczny: Bibliogr. 13 poz., rys., wykr.

Twórcy

autor

Golis E.

• Wydział Matematyczno-Przyrodniczy, Instytut Fizyki, Zakład Badań Strukturalnych i Fizyki Medycznej, Akademia im. Jana Długosza w Częstochowie, al. Armii Krajowej 13/15, 42-200 Częstochowa

Bibliografia

• 1. Golis, E. P., Reben, M., Wasylak, J., Filipecki, J.: Investigations of tellurite glasses for optoelectronics devices, Optica Applicata, 38, 1, (2008), 163-169.
• 2. Borrelli, N. F.: Faraday Rotation in Glasses, J. Chem. Phys., 41, (1964), 3289.
• 3. Pye, L. D., Cherukuri, S. C., Mansfield, J., Lorentz, T.: The Faraday effect in some non-crystalline fluorides, J. Non. Cryst. Solids, 56, (1983), 99.
• 4. www.if.pwr.edu.pl/polaryzacja3.pdf, "Faraday effect". Licencja: Domena publiczna na podstawie Wikimedia Commons - https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Faraday_effect.svg#/media/File:Faraday_effect.svg.
• 5. Meyer-Arendt, J. R.: Wstęp do optyki, PWN, Warszawa 1977.
• 6. Filipecki, J., Golis, E., Reben, M., Wasylak, J.: Badanie stopnia zdefektowania struktury szkieł tellurowych metodą pomiarów czasów życia pozytonów, Szkło i Ceramika, 2, (2011), 9-12.
• 7. Golis, E., Filipecki, J., Kocela, A.: Spektroskopia czasów życia pozytonów jako narzędzie badań stopnia zdefektowania materiałów o strukturze nieuporządkowanej, Materiały Ceramiczne /Ceramic Materials/, 64, 2, (2012), 177-180.
• 8. Kansy, J.: Microcomputer program for analysis of positron annihilation lifetime spectra, Nucl. Instr. & Meth. A, 374, (1996), 235.
• 9. Golis, E. P., Filipecki, J.: Badania efektu Faradaya w szkłach tlenkowych dla zasosowań w optoelektronice, materiały X Konferencji „Światłowody i ich zastosowania”, Krasnobród (2006).
• 10. Krause-Rehberb, R., Leipner, H. S.: Positron Annihilation in Semiconductors. Defect Studies, Springer-Verlag, Berlin - Heidelberg - New York, (1999), 378.
• 11. Golis, E. P., Filipecki, J.: Investigations of Faraday effect in oxide glasses for optoelectronics devices, Proc. of SPIE, vol. 6608, (2007).
• 12. Golis, E. P.: Physical and structural properties of the PbO-Bi2O3-Ga2O3 glasses, Visnyk Lviv Univ. Ser. Physic., N40, (2007).
• 13. Golis, E. P., Ingram, A., Investigations of magneto-optic properties in PbO-Bi2O3-GeO2 glass system, Journal of Physics, Conference Series 79, (2007).