СПЕКТРОСКОПИ́Я КРИСТА́ЛЛОВ

СПЕКТРОСКОПИ́Я КРИСТА́ЛЛОВ, раз­дел спек­тро­ско­пии, в ко­то­ром изу­ча­ют­ся спек­тры кри­стал­лов с це­лью по­лу­че­ния ин­фор­ма­ции о свой­ст­вах кри­стал­лов, их строе­нии, разл. взаи­мо­дей­ст­ви­ях в них. Под С. к., как пра­ви­ло, по­ни­ма­ют оп­ти­че­скую спек­тро­ско­пию, ох­ва­ты­ваю­щую диа­па­зон элек­тро­маг­нит­ных волн от да­лё­ко­го ИК-из­лу­че­ния до ва­ку­ум­но­го УФ-из­лу­че­ния. В С. к. ис­сле­ду­ют­ся спек­тры по­гло­ще­ния (аб­сорб­цион­ная С. к.), от­ра­же­ния, рас­сея­ния, люми­нес­цен­ции, воз­бу­ж­де­ния лю­ми­нес­цен­ции (эмис­си­он­ная С. к.) и влия­ние на них внеш­них воз­дей­ст­вий: темп-ры, элек­трич. по­ля (Штар­ка эф­фект), маг­нит­но­го по­ля (Зее­ма­на эф­фект, Фа­ра­дея эф­фекты­), все­сто­рон­не­го сжа­тия и на­прав­лен­ных де­фор­ма­ций. В за­ви­си­мо­сти от то­го, ис­сле­ду­ют­ся ли ко­ле­ба­тель­ные воз­бу­ж­де­ния кри­стал­лич. ре­шёт­ки или воз­бу­ж­де­ния элек­трон­ной под­сис­те­мы кри­стал­ла, раз­ли­ча­ют ко­ле­ба­тель­ную С. к. и элек­трон­ную С. к. В С. к. изу­ча­ют по­ло­же­ние, ши­ри­ну и фор­му спек­траль­ных по­лос и ли­ний, их тон­кую струк­ту­ру, по­ля­ри­за­ци­он­ные и вре­мен­ны́е ха­рак­те­ри­сти­ки спек­тров.

В аб­сорб­ци­он­ной С. к. оп­ре­де­ля­ют за­ви­си­мость по­гло­ще­ния кри­стал­лич. об­раз­цов от дли­ны вол­ны па­даю­ще­го из­лу­че­ния. В разл. об­лас­тях спек­тра по­ка­за­тель по­гло­ще­ния (ве­ли­чи­на, об­рат­ная рас­стоя­нию, на ко­то­ром по­ток из­лу­че­ния ос­лаб­ля­ет­ся в e раз) мо­жет со­став­лять от 10^–2 см^–1 до 10⁶ см^–1. Со­от­вет­ст­вен­но об­раз­цы долж­ны иметь тол­щи­ну от де­сят­ков сан­ти­мет­ров до мик­ро­мет­ров. Для ис­сле­до­ва­ния очень силь­но по­гло­щаю­щих об­раз­цов ис­поль­зу­ют спек­тро­ско­пию от­ра­же­ния, по­зво­ляю­щую по фор­му­лам Фре­не­ля рас­счи­тать ко­эф­фи­ци­ен­ты от­ра­же­ния и по­гло­ще­ния све­та. Спек­тро­ско­пия рас­сея­ния ис­сле­ду­ет спек­тры из­лу­че­ния, рас­се­ян­но­го кри­стал­лом. Раз­ли­ча­ют спек­тро­ско­пию ком­би­на­ци­он­но­го рас­сея­ния све­та и Ман­дель­шта­ма – Брил­лю­эна рас­сея­ния. Экс­пе­рим. ме­то­ды С. к. ана­ло­гич­ны ме­то­дам, при­ме­няе­мым в др. раз­де­лах спек­тро­ско­пии. Для ис­сле­до­ва­ния тон­кой струк­ту­ры спек­тров об­раз­цы ох­ла­ж­да­ют вплоть до темп-ры жид­ко­го ге­лия (4,2 К), при этом отд. ли­нии спек­тра мо­гут су­жать­ся до де­ся­тых и да­же ты­сяч­ных до­лей см^–1.

На­ря­ду со шка­лой длин волн λ , в С. к. ис­поль­зу­ют шка­лу об­рат­ных длин волн 1/λ, вы­ра­жен­ных в см^–1. Ве­ли­чи­на 1/λ про­пор­цио­наль­на энер­гии кван­та из­лу­че­ния. Ши­ри­на спек­траль­ной по­ло­сы в шка­ле об­рат­ных длин волн ха­рак­те­ри­зу­ет энер­ге­тич. ин­тер­вал.

С. к. по­зво­ля­ет по­лу­чать ин­фор­ма­цию о сис­те­ме уров­ней энер­гии кри­стал­ла, о ме­ха­низ­мах взаи­мо­дей­ст­вия све­та с ве­ще­ст­вом, о пе­ре­но­се и пре­об­ра­зо­ва­нии энер­гии воз­бу­ж­де­ния в кри­стал­ле, фо­то­хи­мич. ре­ак­ци­ях и фо­то­про­во­ди­мо­сти. С по­мо­щью С. к. мож­но так­же по­лу­чить дан­ные о струк­ту­ре кри­стал­лич. ре­шёт­ки и струк­тур­ных фа­зо­вых пе­ре­хо­дах, о ха­рак­те­ре де­фек­тов (напр., при­мес­ных цен­тров в кри­стал­лах). С. к. ис­сле­ду­ет влия­ние по­верх­но­сти кри­стал­ла на его спектр, мно­го­фо­тон­ные про­цес­сы при ла­зер­ном воз­бу­ж­де­нии и не­ли­ней­ные эф­фек­ты в кри­стал­лах (см. Ла­зер­ная спек­тро­ско­пия, Не­ли­ней­ная спек­тро­ско­пия). Для маг­нит­ных ди­элек­три­ков С. к. по­зво­ля­ет най­ти темп-ру маг­нит­но­го упо­ря­до­че­ния, ис­сле­до­вать маг­нит­ные струк­ту­ры, фа­зо­вые пе­ре­хо­ды с пе­ре­ори­ен­та­ци­ей спи­нов.

Тео­ре­тич. ос­но­вой С. к. яв­ля­ет­ся кван­то­вая тео­рия твёр­до­го те­ла. Ши­ро­ко ис­поль­зу­ет­ся тео­рия групп, ко­то­рая по­зво­ля­ет учесть свой­ст­ва сим­мет­рии кри­стал­лов при на­хо­ж­де­нии пра­вил от­бо­ра для кван­то­вых пе­ре­хо­дов в кри­стал­ле, рас­чё­тах па­ра­мет­ров внут­ри­кри­стал­лич. по­ля, на­хо­ж­де­нии ви­да вол­но­вых функ­ций.

На дан­ных С. к. ос­но­ва­ны при­ме­не­ния кри­стал­лов в лю­ми­нес­цент­ных ис­точ­ни­ках све­та, эк­ра­нах элек­трон­ных при­бо­ров, в ка­че­ст­ве ак­тив­ных сред ла­зе­ров, эле­мен­тов по­лу­про­вод­ни­ко­вой тех­ни­ки, сцин­тил­ля­то­ров, пре­об­ра­зо­ва­те­лей све­та, оп­тич. ма­те­риа­лов, яче­ек для за­пи­си ин­фор­ма­ции.