Photoinduced Optical Properties Of Tl1-xIn1-xSixSe2 Single Crystals

• Autorzy: Myronchuk G. L. , Zamurueva O. V. , Oźga K. , Szota M. , El-Naggar N. S. , Alzayed N. S. , Piskach L. V. , Parasyuk O. V. , Albassam A. A. , Fedorchuk A. O. , Kityk I. V.

Identyfikatory

DOI

10.1515/amm-2015-0258

Warianty tytułu

PL

Indukowane światłem właściwości optyczne monokryształów Tl1-xIn1-xSixSe2

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The influence of temperature on electroconductivity and photoinduced changes of the absorption at 0.15 eV under influence of the second harmonic generation of CO₂ laser for the two type of single crystals were investigated. The single crystals Tl_1−xIn_1−xSi_xSe₂ (x=0.1 and 0.2) have been grown by the two-zone Bridgaman-Stockbarger method. The temperature studies of electroconductivity were done in cryostat with thermoregulation in the temperature 77 - 300 K, with stabilization ±0.1 K. Photoinduced treatment of the investigated single crystals were performed using the 180 ns pulses second harmonic generation of the CO₂ laser operating at 5.3 μm. Experimental studies have shown that for the Tl_1−xIn_1−xSi_xSe₂ single crystals with decreasing temperature from 300 up to 240 K and from 315 up to 270 K the conductivity is realized by thermally excited impurities with activation energies equal to about 0.24 eV and 0.22 eV for x= 0.1 and 0.2, respectively. Photoinduced absorption achieves its maximum at a power density below 100 mJ/cm². Has been shown that the samples with x=0.2 demonstrated higher changes of the photoinduced absorption with respect to the x=0.1. With further decreasing temperature is observed monotonic decrease in the activation energy of conductivity. The origin of these effects is caused by the excitations of both the electronic as well as phonon subsystem. At some power densities the anharmonic excitations become dominant and as a consequence the photoinduced absorption dependence is saturated what were observed. Additionally, we were evaluated at given temperature the average jump length of R for localized states near Fermi level.

PL

W pracy badano wpływ temperatury na przewodnictwo elektryczne oraz indukowane światłem zmiany absorpcji optycznej przy 0.15 eV, pod działaniem drugiej harmonicznej lasera CO₂ dla dwóch typów monokryształów. Monokryształy Tl_1−xIn_1−xSi_xSe₂ (x=0.1 i 0.2) otrzymano w pionowym dwustrefowym piecu metodą Bridgamana-Stockbargera. Badania temperaturowe przewodności elektrycznej przeprowadzono w kriostacie z termoregulacją, w temperaturze 77-300 K, przy stabilizacji ±0,1 K. Fotoindukowaną obróbkę laserową monokryształów wykonano przy użyciu 180 ns impulsów drugiej harmonicznej lasera CO₂ o długości fali 5,3 μm. Eksperymentalnie wykazano, że z obniżaniem temperatury od 300 do 240 K i od 315 do 270 K przewodnictwo elektryczne monokryształów Tl_1−xIn_1−xSi_xSe₂ jest wywołane przez wzbudzenia termicznie domieszek z energią aktywacji równą około 0,24 eV i 0,22 eV dla ő = 0,1 i 0,2, odpowiednio. Indukowana optycznie absorpcja osiąga maksimum przy gęstości mocy poniżej 100 mJ/cm². Stwierdzono, że próbka z x = 0,2 wykazuje większe zmiany absorpcji indukowanej światłem w porównaniu do próbki z x = 0.1. Z dalszym spadkiem temperatury obserwowano monotoniczny spadek energii aktywacji przewodnictwa. Pochodzenie tych efektów jest spowodowane przez wzbudzanie zarówno podsystemu elektronowego jak i fonononowego. Przy niektórych gęstościach mocy wzbudzenia anharmoniczne zaczynają dominować, co w konsekwencji prowadzi do nasycenia indukowanej światłem zależności absorpcji optycznej. Dodatkowo w pracy wyznaczono dla danej temperatury średnią długość skoku R dla stanów zlokalizowanych w pobliżu poziomu Fermiego.

Słowa kluczowe

EN

Tl1-xIn1-xSixSe2 single crystal; chalcogenide crystals; optical properties; photoinduced absorption; dark electroconductivity; electroconductivity mechanisms

PL

monokryształy Tl1-xIn1-xSixSe2; kryształy soli tlenowców; właściwości optyczne; absorpcja fotoindukowana; przewodność elektryczna ciemna; mechanizmy przewodności elektrycznej

• Wydawca: Institute of Metallurgy and Materials Science of Polish Academy of Sciences ; Committee of Materials Engineering and Metallurgy of Polish Academy of Sciences
• Czasopismo: Archives of Metallurgy and Materials
• Rocznik: 2015
• Tom: Vol. 60, iss. 2A
• Strony: 1051--1055
• Opis fizyczny: Bibliogr. 14 poz., rys., tab., wykr.

Twórcy

autor

Myronchuk G. L.

• Department of Solid State Physics, Eastern European National University, 13 Voli Ave., 43025 Lutsk, Ukraine

autor

Zamurueva O. V.

• Department of Solid State Physics, Eastern European National University, 13 Voli Ave., 43025 Lutsk, Ukraine

autor

Oźga K.

• Institute of Electronic and Control System, Czestochowa University of Technology, 17 Armii Krajowej Str., 42-200 Czestochowa, Poland

autor

Szota M.

• Institute of Material Science Engineering, Czestochowa University of Technology, 19 Armii Krajowej Str., 42-200 Czestochowa, Poland

autor

El-Naggar N. S.

• Research Chair of Renewable Energy Applications Physics and Astronomy Department, College of Science, King Saudi University, P.O. Box 2455, Riyadh 11451, Saudi Arabia
• Physics Department, Faculty of Science, Ain Shams University, Abassia, Cairo 11566, Egypt

autor

Alzayed N. S.

• Research Chair of Renewable Energy Applications Physics and Astronomy Department, College of Science, King Saudi University, P.O. Box 2455, Riyadh 11451, Saudi Arabia

autor

Piskach L. V.

• Department of Inorganic and Organic Chemistry, Eastern European National University, 13 Voli Ave., 43025 Lutsk, Ukraine

autor

Parasyuk O. V.

• Department of Inorganic and Organic Chemistry, Eastern European National University, 13 Voli Ave., 43025 Lutsk, Ukraine

autor

Albassam A. A.

• Research Chair of Renewable Energy Applications Physics and Astronomy Department, College of Science, King Saudi University, P.O. Box 2455, Riyadh 11451, Saudi Arabia

autor

Fedorchuk A. O.

• Department of Inorganic and Organic Chemistry, Lviv National University of Veterinary Medicine and Biotechnologies, 50 Pekarska Str., 79010 Lviv, Ukraine

autor

Kityk I. V.

• Institute of Electronic and Control System, Czestochowa University of Technology, 17 Armii Krajowej Str., 42-200 Czestochowa, Poland

Bibliografia

• [1] N.A. Abdullaev, K.R. Allakhverdiev, G.L. Belenkii, T.G. Mamedov, R.A. Suleimanov, Ya.N. Sharifov, Phase transition and anisotropy of thermal expansion in TlInS2, Solid State Commun. 53 (7), 601-602 (1985).
• [2] V.M. Burlakov, M.R. Yakheev, Raman scattering in ferroelectric TlGaSe2. Soft Mode and Order Parameter, Phys. Status Solidi B 151 (1), 337-346 (1989).
• [3] Sh. Nurov, V.M. Burlakov, E.A. Vinogradov, N.M. Gasanly, B.M. Dzhavadov, Vibrational Spectra of TlInS2, TlIn0. 95Ga0. 05S2, and TlIn(S0. 8Se0. 2)2 Crystals in the Vicinity of Phase Transitions, Phys. Status Solidi B 137 (1), 21-32 (1986).
• [4] Ya.O. Dovgii, I.V. Kityk, M.I. Kolinko, A.S. Krochuk, A.V. Franiv, M.K. Zamorskii, Band structure and charge density distribution of cubic face-centred TlI single crystals, Phys. Status Solidi B 167 (2), 637-646 (1991).
• [5] Ya.O. Dovgii, I.V. Kityk, I.G. Man’kovskaya, L.N. Evstigneeva, Polarized light spectrum of Tl3SbS3 single crystals. Sov. Phys. Semicond. 24 (9), 1004-1005 (1990).
• [6] Ya.O. Dovgii, I.V. Kityk, M.I. Kolin’ko, A.S. Krochuk, A.V. Franiv. Band-structure and electron-density distribution of FCC TLI, Phys. Solid State. 33 (1) 225-233 (1991).
• [7] Ya.O. Dovgii, I.V. Kityk. Photokinetic effects in Tl3SbS3 single crystals. Sov. Phys. Semicond. 25 (10), 1108-1111 (1991).
• [8] S.N. Mustafaeva, V.A. Ramazanzade, M.M. Asadov, Influence of intercalation on electrical and photoelectrical properties of ternary chain and layer semiconductors, Mater. Chem. Phys. 40 (2), 142-145 (1995).
• [9] E.M. Godzzhaev, E.A. Allakhyarov, Kh.S. Khalilova, A.M. Suleimanova, Transport properties of TlInSe2 (Ln = Eu, Sm, Yb), Inorg. Mater. 39 (7), 676-679 (2003).
• [10] G.E. Davydyuk, O.Y. Khyzhun, A.H. Reshak, H. Kamarudin, G.L. Myronchuk, S.P. Danylchuk, A.O. Fedorchuk, L.V. Piskach, M.Yu. Mozolyuk, O.V. Parasyuk, Photoelectrical properties and the electronic structure of Tl(1-x)In(1-x)Sn(x)Se2 (x = 0, 0.1, 0.2, 0.25) single crystalline alloys, Phys. Chem. Chem. Phys. 15 (18), 6965-72 (2013).
• [11] G.L. Myronchuk, O.V. Zamurueva, O.V. Parasyuk, L.V. Piskach, A.O. Fedorchuk, N.S. AlZayed, A.M. El-Naggar, J. Ebothe, M. Lis, I.V. Kityk, Structural and optical properties of novel optoelectronic Tl1−xIn1−xSixSe2 single crystals. J. Mater. Sci. - Mater. Electron. 25, 3226-3232 (2014).
• [12] M. Makowska-Janusik, I.V. Kityk, G. Myronchuk, O. Zamuraeva, O.V. Parasyuk, Manifestation of intrinsic defects in the band structures of quaternary chalcogenide Ag2In2SiSe6 and Ag2In2GeSe6 crystals. Cryst. Eng. Comm. 16, 9534-9544 (2014).
• [13] N. Mott, EA Davis, Электронные процессы в некристаллических веществах, Moskow, 1974.
• [14] Ya.O. Dovgii, I.V. Kityk, Light Dispersion in CdJ2 crystals, Izvestiya Vysshikh Uchebnykh Zavedenii Fizika 28 (6), 101-104 (1985).

Uwagi

EN

The project was financially supported by King Saud University, Vice Deanship of research chairs.

PL

Opracowanie ze środków MNiSW w ramach umowy 812/P-DUN/2016 na działalność upowszechniającą naukę.