Структура и оптические свойства стекол системы As-Se

Белых А.В., Михайлов М.Д., Самигуллин М.Э., Семенча А.В., Тверьянович А.С.

Полный текст на elibrary.ru

Публикация в Journal of Optical Technology

Ссылка для цитирования:

Белых А.В., Михайлов М.Д., Самигуллин М.Э., Семенча А.В., Тверьянович А.С. Структура и оптические свойства стекол системы As-Se // Оптический журнал. 2022. Т. 89. № 7. С. 72–79. http://doi.org/10.17586/1023-5086-2022-89-07-72-79

Belykh A.V., Mikhailov M.D., Samigullin M.E., Semencha A.V., Tveryanovich A.S. Structure and optical properties of glasses in the As-Se system [in Russian] // Opticheskii Zhurnal. 2022. V. 89. № 7. P. 72–79. http://doi.org/10.17586/1023-5086-2022-89-07-72-79

Ссылка на англоязычную версию:

A. V. Belykh, M. D. Mikhailov, M. E. Samigullin, A. V. Semencha, and A. S. Tver’yanovich, "Structure and optical properties of glasses in the As-Se system," Journal of Optical Technology. 89(7), 418-423 (2022). https://doi.org/10.1364/JOT.89.000418

Аннотация:

Предмет исследования. свойства халькогенидных стекол системы As-Se как представителей класса легкоплавких стекол, прозрачных в инфракрасной области спектра. Цель работы заключалась в исследовании влияния происхождения шихтных материалов, способа их подготовки и температуры синтеза на плотность, примесное поглощение и структуру стекол системы As-Se. Метод. Стекла синтезированы плавлением шихты при температуре от 600 до 850 °С. Для синтеза использованы мышьяк и селен от нескольких поставщиков и разные способы подготовки шихты. Плотность стекол измерена гидростатическим методом. Оптическое поглощение в инфракрасной области спектра измерено методом спектроскопии Фурье. Спектры комбинационного рассеяния измерены в диапазоне волновых чисел 150–500 см–1. Основные результаты. Исследованы взаимосвязи структуры и свойств стекол системы As-Se при разных температурах синтеза и режимах термообработки шихты. Установлено, что режим синтеза и происхождение исходных материалов не влияют на свойства стекол. В то же время предварительная термообработка шихты перед отпаиванием ампулы приводит к значительному уменьшению поглощения, обусловленного примесями кислорода. В спектрах комбинационного рассеяния стекол, содержащих от 20 до 35 мол % As, наблюдается уширение полос, связанное с взаимным влиянием структурных единиц AsSe3/2 и SeSe2/2. Максимальное содержание смешанных структурных единиц наблюдается при соотношении указанных выше структурных единиц 7:3. Предполагается, что структура стекол может быть описана как случайное распределение в матрице стекла структурных единиц AsSe3/2 и SeSe2/2. Практическая значимость. Исследованные стекла перспективны для применения в инфракрасной оптике для получения оптических элементов методом горячего прессования.

Ключевые слова:

халькогенидные стекла, мышьяк, селен, структура, синтез, инфракрасная спектроскопия, спектроскопия комбинационного рассеяния

Благодарность:

Работа выполнена в рамках Государственного задания на проведение фундаментальных исследований 0784-2020-0022.

Коды OCIS: 160.2750, 300.1030, 300.6450, 000.1570

Список источников:

1. Kokorina V.F. Glasses for infrared optics. Roca Raton: CRC Press Inc., 1996. 236 p.
2. Hilton A.R. Chalcogenide glasses for infrared optics. N.Y. et al.: The McGraw-Hill Companies Inc., 2010. 279 p.
3. Davis M.J., Kocher M. Athermal glass for infrared optics // Current Developments in Lens Design and Optical Engineering XIX. Proc. SPIE. 2018. V. 10745. Р. 107450D. https://doi.org/10.1117/12.2320708

4. Novak J., Pini R., Moreshead W.V., Stover E., Symmons A. Investigation of index of refraction changes in chalcogenide glasses during molding processes // Electro-Optical and Infrared Systems: Technology and Applications X. Eds. by Huckridge D.A., Ebert R. / Proc. SPIE. 2013. V. 8896. Р. 889602. https://doi.org/10.1117/12.2028902
5. Flashen S.S., Pearson A.D., Northover W.R. low-melting inorganic glasses with high melt fluidities below 400 °C // J. American Ceramic Soc. 1959. V. 42. № 9. P. 450–450. https://doi.org/10.1111/j.1151-2916.1959.tb12975.x
6. Flashen S.S., Pearson A.D., Northover W.R. Formation and properties of low-melting glasses in the ternary systems As-TI-S, As-TI-Se, and As-Se-S // J. American Ceramic Soc. 1960. V. 43. № 5. P. 274–275. https://doi.org/10.1111/j.1151-2916.1960.tb14596.x
7. Айо Л.Г., Кокорина В.Ф. Стеклообразование и свойства стекол в системе As-Ge-Se II // ОМП. 1963. № 2. С. 36–43.
8. Борисова З.У. Химия стеклообразных полупроводников. Л.: изд. Ленинградского университета, 1972. 247 с.
9. Yang G.A., Bureau B., Rouxel T., Gueguen Y., Gulbiten O., Roiland C., Soignard E., Yarger J.L., Troles J., Sangleboeuf J.C., Lucas P. Correlation between structure and physical properties of chalcogenide glasses in the AsxSe1–x system // Phys. Rev. B. 2010. V. 82. № 19. Р. 1952069. https://doi.org/10.1103/PhysRevB.82.195206
10. Tanaka K. Amorphous Selenium and nanostructures // Springer Handbook of Glass. Eds. by Musgraves J.D., Hu J., Calvez L. / Cham: Springer Nature Switzerland AG, 2019. P. 645–685. Lucovsky G., Galeener F.L., Gleis R.H., Keezer R.C. A study of chemical ordering in binary chalcogenide glasses by infrared and Raman spectroscopy // The Structure of Non-Crystalline Materials. Ed. by Gaskell P.H. / London: Taylor & Francis, 1977. P. 127–130.
12. Onari S., Matsuishi K., Arai T. One- and two-phonon Raman spectra of amorphous As-Se systems // J. Non-Crystalline Solids. 1985. V. 74. № 1. P. 67–74. https://doi.org/10.1016/0022-3093(85)90401-6
13. Kuznetsov S.L., Mikhailov M.D., Pecheritsyn I.M., Turkina E.Yu. Structural chemical processes at the synthesis of chalcogenide glasses // J. Non-Crystalline Solids. 1997. V. 213–214. № 12. P. 68–71. https://doi.org/10.1016/S0022-3093(97)00093-8
14. Gulbiten O. An investigation of dynamic processes in selenium based chalcogenide glasses // PhD Thesis. The University of Arizona, 2014. 156 p.
15. Černošek Z., Deschamps M., Nazabal V., Goncalvez C., Roiland C., Holubová J., Černošková E., Boussard C., Bureau B. Structure of arsenic selenide glasses by Raman and 77Se NMR with a multivariate curve resolution approach // J. Non-Crystalline Solids. 2016. V. 447. № 1. P. 322–328. https://doi.org/10.1016/j.jnoncrysol.2016.06.013
16. Ефимов А.М., Харьюзов В.А. Диэлектрические свойства и строение халькогенидных стекол // Структура и свойства некристаллических полупроводников. Ред. Коломиец Б.Т. / Л.: Наука, 1976. С. 113–117.
17. Feltz A., Aust H., Blayer A. Glass formation and properties of chalcogenide systems. XXVI. Permitivity and structure of glasses AsxSe1–x and GexSe1–x // J. Non-Crystalline Solids. 1983. V. 55. № 2. P. 179–190. https://doi.org/10.1016/0022-3093(83)90667-1
18. Гутенев М.С. Диэлектрические свойства и структура стекла. СПб.: изд. Политехнического университета, 2010. 292 с.