Einfluß des elektrischen Feldes auf die - ETH E

Diss. Nr. 3978
Einfluß des elektrischen Feldes
auf die fundamentale
Absorptionskante
Bariumtitanat
von
Abhandlung
zur
Erlangung
der Würde eines Doktors der
Naturwissenschaften
der
EIDGENOSSISCHEN TECHNISCHEN
HOCHSCHULE ZÜRICH
vorgelegt
von
CHRISTIAN GÄHWILLER
Dipl.Phys.ETH
am 10. September 1939
Wil (Kanton St. Gallen)
geboren
von
Angenommen
auf
Antrag
Prof. Dr. G.
Busch, Referent
Prof. Dr. H.
Gränicher, Korreferent
Springer -Verlag
Berlin
•
von
Heidelberg
1967
•
New York
kondens. Materie 6, 269-289
Phys.
(1967)
Einfluß des elektrischen Feldes auf die fundamentale
Absorptionskante
von
Bariumtitanat
Ch. Gähwiller
Laboratories BCA
Eingegangen
Die
von
am
Ltd., Zürich
21. Juli 1967
einem elektrischen Feld induzierte
Verschiebung
der
Absorptionskante
von
BaTi03 ist als Funktion der Temperatur und Feldstärke gemessen worden. Diese Verschiebung
ist am größten in der Nähe des Curie-Punktes Tc bei 120 °C; unterhalb Tc ist sie proportional
zur angelegten Feldstärke, oberhalb Tc zum Quadrat der Feldstärke. Zudem unterscheidet
sie sich durch ihr Vorzeichen und ihre
neue
Effekt
hängt
von
Größenordnung
von
dem
Franz-Keldysh-Effekt.
Dieser
der elektrischen Polarisation ab und wird nicht durch elektromechani-
sche Gitterdeformation verursacht. Mit einem einfachen Bändermodell wird
gegenseitige Verschiebung
abstandes
gezeigt, daß die
Sauerstoff-Untergitter eine Vergrößerung des Band¬
experimentellen Ergebnissen qualitativ übereinstimmt.
der Titan- und
induziert, die mit den
d'absorption du BaTiO^ causé par un champ électrique a été
température et de l'intensité du champ appliqué. Ce déplacement
a un maximum près de la température de transition Tc vers 120 °C, il est proportionel au
champ en-dessous de Tc et au carré du champ en-dessus de Tc. De plus il est différent de
l'effet Franz-Keldysh par son signe et par son ordre de grandeur. Ce nouvel effet dépend de
la polarisation électrique et n'est pas provoqué par les déformations piézoélectriques ou
electrostrictives du réseau crystallin. Il peut être expliqué qualitativement en termes d'un
modèle de bande d'énergies simplifié qui tient compte du déplacement des ions titane par
rapport aux ions oxygène.
Le
de la raie
déplacement
mesuré
en
fonction de la
The shift of the
absorption edge
of
BaTiC-3 caused by
an
electric field has been measured
in function of
Tc
near
temperature and field strength. It shows a sharp maximum at the Curie point
120°C, a linear field dependence below Tc, and a quadratic field dependence above
Tc. Furthermore this shift has the opposite sign
to the Franz-Keldysh effect and is one or
magnitude larger. This new effect is correlated with the electric polarization
and is not induced by electromechanical lattice deformations. It is shown in a simple band
model, that the relative displacement between the titanium and the oxygen sublattices in¬
two orders of
duces
an
increase of the band gap, which agrees
1.
qualitatively
with the
experimental
results.
Einleitung
In Halbleitern und Isolatoren verschiebt sich die fundamentale
Absorptions¬
Energien. Dieser Effekt
wurde von Franz [1] und Keldysh [2] theoretisch vorhergesagt und später unter
anderem an Silizium [3, 4], Germanium [5], Galliumarsenid [6] und Cadmiumsulfid [7, 8] experimentell bestätigt. Die dabei erforderlichen Feldstärken variieren
zwischen 106 und 107 V/m.
An Antimon-Schwefeljodid haben Kern [9] und Harbeke [10] eine anomale
Verschiebung der Absorptionskante beobachtet, die im Gegensatz zum FranzKeldysh-Effekt zu kürzeren Wellenlängen geht. Außerdem wird schon für sehr
kante bei
Anlegen
eines elektrischen Feldes
kleine Feldstärken eine erhebliche
zu
kleineren
Kantenverschiebung
gemessen, die mit der im
SbSI auftretenden Ferroelektrizität zusammenhängt. Auch
19
Phys. kondens. Materie, Bd.
6
an
Kaliumtantalat ist