Electrooptic Properties of Rb2ZnCl4 in the Incommensurate and Ferroelectric Phases

Abstract

The electrooptic coefficients ra = r33 − (n2/n3)3r23, rb = r33, − (n1/n3)3r13 and rc = r13 − (n2/n1)3r23, of Rb,ZnCl4 for light propagation directions along the three crystallographic axes a, b, and c are measured in the temperature range from 100 to 220 K (ni, i = 1, 2, 3, indices of refraction). In the incommensurate phase, where the averaged structure is centrosymmetric, commensurate regions with positive and negative spontaneous polarization are extended and compressed, respectively (or vice versa) by the application of an electric dc field. This leads to the appearance of a linear electrooptic response for the geometries ra, rb, and rc. In the commensurate ferroelectric phase, the coefficients r13 and r33 are shown to be proportional to the spontaneous polarization P35. The temperature dependence of r23 can be described by r23 (T) = LP(T) + AP3s(T), where L and A are constants. A Landau-type free energy expansion describes the temperature dependence of the electrooptic coefficients r13, r23 and r33. Die Temperaturabhangigkeit der elektrooptischen Koeffizienten ra = r33 − (n2/n3)3r23, rb = r33 − (n1/n3)3r13 und rc = r13 −(n2/n1)3r23 (ni, i = 1, 2, 3, Brechungsindizes) von Rb2ZnCl4 wird fur Lichtausbreitungsrichtungen langs allen drei kristallographischen Richtungen im Bereich zwischen 100 und 220 K gemessen. In der inkommensurablen Phase, wo die raumlich gemittelte Struktur zentrosymmetrisch ist, fuhrt das Anlegen eines elektrischen zeitunabhangigen Feldes langs der polaren Achse zu einer von Null verschiedenen Spontanpolarisation und somit zu einem linearen elektrooptischen Effekt fur die Lichtausbreitungsrichtungen a, b und c. In der kommensurnblen ferroelektrischen Phase sind die Koeffizienten r13, und r33, proportional zur Spontanpolarisation P3s. Die Temperaturabhangigkeit des Koeffizienten r23, kann durch r23 (T) = LP(T) + AP3s(T) beschrieben werden, wobei L und A Konstanten sind. Die Temperaturabhangigkeit der elektrooptischen Koeffizienten r13, r23, und r33, wird durch eine Landau-Entwicklung der freien Energie beschrieben.