Ukrainian Journal of Physical Optics 
Home page
 
 

Other articles 

in this issue
Manifestations of the polytype structure of b-TlInS2 crystals in their optical anisotropy parameters

1Adamenko D., 2Pogodin A., 1Vasylkiv Yu., 1Martynyuk-Lototska I. and 1Vlokh R.

1Vlokh Institute of Physical Optics, 23 Dragomanov Street, 79005 Lviv, Ukraine
2Department for Inorganic Chemistry, Uzhgorod National University, 46 Pidhirna Street, 88000 Uzhgorod, Ukraine

Download this article

Abstract. We present the results of experimental studies of the temperature dependences of optical birefringence and optical indicatrix (OI) orientation increments for β-TlInS2 crystals. Anomalous behaviours of the above characteristics are revealed at the two temperature points, TC1 ≈ 228 K and TC2 ≈ 197 K, which correspond to ferroelectric phase transitions in the polytypes with c = 16c* and c = c*. The maps of increments of OI orientation angle and phase difference are obtained in the range from the room temperature to 100 K. It is found that the spatial distribution of increment of the OI orientation angle in ab plane is homogeneous in the whole temperature range under study. The increment of the phase difference is homogeneously distributed in the ab plane only at 197 K < T < 290 K. Below TC2 ≈ 197 K, two regions are revealed in our sample, which differ by their phase difference. Most probably, these regions correspond to two different polytypes of β-TlInS2.

Keywords: TlInS2 crystals, optical anisotropy, polytype structure, phase transitions

UDC: 535.542
Ukr. J. Phys. Opt. 20 151-158
doi: 10.3116/16091833/20/4/151/2019
Received: 30.08.2019

Анотація. Наведено результати експериментальних досліджень температурних залежностей приростів подвійного оптичного заломлення та орієнтації оптичної індикатриси (OI) для кристалів β-TlInS2. Виявлено аномальну поведінку цих характеристик у двох температурних точках, TC1 ≈ 228 K і TC2 ≈ 197 K, які відповідають сегнетоелектричним фазовим переходам у політипах із c = 16c* і c = c*. Одержано карти приростів кута орієнтації ОІ і різниці фаз у діапазоні від кімнатної температури до 100 К. Встановлено, що просторовий розподіл приросту кута орієнтації ОІ в площині ab однорідний у всьому досліджуваному діапазоні температур. Приріст же різниці фаз однорідно розподілений у площині ab лише при 197 K < T < 290 К. Нижче TC2 ≈ 197 К у зразку виявлено дві області, які відрізняються за різницею фаз. Швидше за все, ці області відповідають двом різним політипам у кристалах β-TlInS2.
REFERENCES
  1. Panich A M, 2008. Electronic properties and phase transitions in low-dimensional semiconductors. J. Phys.: Condens. Matter. 20: 293202. doi:10.1088/0953-8984/20/29/293202
  2. Kashida S and Kobayashi Y, 1999. X-ray study of the incommensurate phase of TlInS2. J. Phys.: Condens. Matter. 11: 1027-1035. doi:10.1088/0953-8984/11/4/010
  3. Delgado G E, Mora A J, Perez F V and Gonzalez J, 2007. Crystal structure of the ternary semiconductor compound thallium gallium sulfide, TlGaS2. Physica B. 391: 385-388. doi:10.1016/j.physb.2006.10.030
  4. Gasanly N M, Marvin B N, Sterin K E, Tagirov V I and Khalafov Z D, 1978. Raman study of layer TlGaS2, β-TlInS2, and TlGaSe2 crystals. Phys. stat. sol. (b). 86: K49-K53. doi:10.1002/pssb.2220860162 
  5. Muller D, Eulenberger G and Hahn H, 1973. Über ternäre Thalliumchalkogenide mit Thalliumselenidstruktur. Z. Anorg. Allg. Chem. 398: 207-220. doi:10.1002/zaac.19733980215 
  6. Allakhverdiev K R, Mammadov T G, Suleymanov R A and Gasanov N Z, 2003. Deformation effects in electronic spectra of the layered semiconductors TlGaS2, TlGaSe2 and TlInS2. J. Phys.: Condens. Matter. 15: 1291-1298. doi:10.1088/0953-8984/15/8/313
  7. Hanias M, Anagnostopoulos A N, Kambas K and Spyridelis J, 1992. Electrical and optical properties of as-grown TlInS2, TlGaSe2 and TlGaS2 single crystals. Mater. Res. Bull. 27: 25-38. doi:10.1016/0025-5408(92)90039-3
  8. Hanias M, Anagnostopoulos A N, Kambas K and Spyridelis J, 1989. On the non-linear properties of TlInX2 (X = S, Se, Te) ternary compounds. Physica B. 160: 154-160. doi:10.1016/0921-4526(89)90050-1
  9. Aliev R A, Allakhverdiev K R, Baranov A I, Ivanov N R and Sardarly R M, 1984. Ferroelectricity and structural phase transitions in the crystals of TlInS2 family. Fiz. Tverd. Tela. 26: 1271-1276.
  10. Vakhrushev S B, Zhdanova VV, Kvyatkovskii B E, Okuneva N M, Allakhverdiev K R, Aliev R A and Sardarly R M, 1984. Incommensurate phase transition in a TlInS2 crystals. JETP Lett. 39: 291-293.
  11. Isaacs T J, 1975. Determination of the crystal symmetry of the polymorphs of thallium indium disulfide TlInS2. Zeit. Kristallogr. Cryst. Mater. 141: 104-108. doi:10.1524/zkri.1975.141.1-2.104
  12. Mustafaeva S N, Ismailov A A and Akhmedzade N D, 2006. Electric properties of TlInS2 single crystals. Semicond. Phys., Quant. Electron. & Optoelectron. 9: 82-84.
  13. Youssef S B, 1995. Phase transitions and electrical conductivity of TIInS2. Physica A. 215: 176-180. doi:10.1016/0378-4371(94)00266-V
  14. Yong Gu Shim, Wataru Okada, Kazuki Wakita and Nazim Mamedov, 2007. Refractive indices of layered semiconductor ferroelectrics TlInS2, TlGaS2, and TlGaSe2 from ellipsometric measurements limited to only layer-plane surfaces. J. Appl. Phys. 102: 083537. doi:10.1063/1.2800827
  15. Isaaks T G and Feichtner J D, 1975. Growth and optical properties of TlGaSe2 and β-TlInS2. J. Solid State Chem. 14: 260-263. doi:10.1016/0022-4596(75)90030-4
  16. Martynyuk-Lototska I, Trach I, Kokhan O and Vlokh R, 2017. Efficient acousto-optic crystal, TlInS2: acoustic and elastic anisotropy. Appl. Opt. 56: 3179-3184. doi:10.1364/AO.56.003179
  17. Adamenko D, Vasylkiv Yu, Pogodin A, Kokhan O and Vlokh R, 2017. Faraday effect in TlInS2 crystals. Ukr. J. Phys. Opt. 18: 197-200. doi:10.3116/16091833/18/4/197/2017
  18. Mys O, Kostyrko M, Adamenko D and Vlokh R, 2018. Anisotropy of acousto-optic figure of merit in tetragonal crystals with accounting for non-orthogonality of acoustic eigenwave polarizations. 1. The cases of KH2PO4 and NH4H2PO4 crystals. Ukr. J. Phys. Opt. 19: 220-236. doi:10.3116/16091833/19/4/220/2018
  19. Thelma J I, Milton G and Feichtner J D, 1973. Optical waveguide modulator using single crystals of TlGaSe2 or β-TlInS2. Patent US3931595.
  20. Gololobov Yu P, Borovoy N A, Isayenko G L and Polovina A I, 2009. Ferroelectric phases in the polytypes of TlInS2 ternary compound. Phys. stat. sol. (c). 6: 989-992. doi:10.1002/pssc.200881150
  21. Alekperov O Z, Ibragimov G B, Nadjafov A I and Fakix A R, 2009. Polytypes in ferroelectric TlInS2 and its dielectric and optic properties. Phys. stat. sol. (c). 6: 977-980. doi:10.1002/pssc.200881193
  22. Say A, Martynyuk-Lototska I, Adamenko D, Pogodin A, Kokhan O and Vlokh R, 2017. Thermal expansion anisotropy of β-TlInS2 crystals in the course of phase transitions. Phase Trans. 91: 1-8. doi:10.1080/01411594.2017.1341983
  23. Mamedov K K, Abdulaev A M and Kerimova E M, 1986. Heat capacities of TIInS2 and TIInSe2 crystals at low temperatures. Phys. stat. sol. (a). 94: 115-119. doi:10.1002/pssa.2210940112
  24. Salnik A, Gololobov Yu P and Borovoy N A, 2015. The incommensurate phase transformation in TlInS2 ferroelectric. Ferroelectrics. 484: 62-68. doi:10.1080/00150193.2015.1059716
  25. Panich A M, Mogilyansky D and Sardarly R M, 2012. Phase transitions and incommensurability in the layered semiconductor TlInS2 - an NMR study. J. Phys.: Condens. Matter. 24: 135901. doi:10.1088/0953-8984/24/13/135901
(c) Ukrainian Journal of Physical Optics