首頁  技術文章  利用拉曼散射分析固體物質晶格能的振動特性

利用拉曼散射分析固體物質晶格能的振動特性

發布時間:2021-09-28 15:22:39 瀏覽量:4353 作者:Anna

摘要

非化學計量比的Nd[Mg0.5Sn0.5(1+x)]O3 (NMS,-0.04≤x≤+0.04)類型的樣品通過傳(chuan) 統的兩(liang) 步固態燒結的方法來製備。詳細鑒定

了他們(men) 的晶體(ti) 結構、相組成、介電性質和晶格振動特性。具有單斜結構的雙鈣鈦礦Nd(Mg0.5Sn0.5)O3作為(wei) 主要的晶相已經被識別出

來,並且當x<0時的純相也被獲得。x=-0.02的樣品[Nd(Mg0.5Sn0.49)O3]顯示出了優(you) 異的介電性能:εr=18.74, Q×f=47.979 GHz。

晶格能的振動性質通過拉曼和紅外有源模塊光譜來鑒別。用四參數半量子模型測試了其本征特性,表明低頻紅外模式對介電常數和介電

損耗的貢獻更大。F2g(A)和F2g(B)的拉曼位移和介電常數呈負相關(guan) ,表明鍵長和介電常數呈正相關(guan) 。A1g(O)振動模式的半最大值的全

寬和介電損耗呈正相關(guan) ,和有序度(S)呈負相關(guan) 。

正文


通常,拉曼散射遠紅外反射光譜被用於(yu) 測試固體(ti) 物質的晶格能的振動特性,可幫助我們(men) 從(cong) 微觀的角度來分析其微觀特性,並且在固

有屬性和結構-性質規則方麵提供更多的創新視角。拉曼光譜通過使用XperRam Compact(Nanobase光譜儀(yi) 在室溫下進行測試,

所用激發光源為(wei) 633nm。NMS陶瓷晶體(ti) 的拉曼散射光譜如圖1所示,圖1(a)所示樣品的拉曼峰都很相似,基線都很平坦,並且振動

峰都很尖銳。根據群論分析結果,空間群為(wei) P21/n的晶體(ti) 應該有24個(ge) 拉曼有源振動模式(12Ag+12Bg)。然而,在實際的拉曼峰中,

隻有12個(ge) 峰被檢測到,這是因為(wei) 拉曼有源峰的疊加以及設備分辨率的影響。在100-270cm-1位置處,主要是由於(yu) A-位點陽離子

(Nd3+)的振動。在270-460cm-1位置處,F2g(B)振動模式代表B-位點1:1的有序相。然而,振動模式11和12屬於(yu) 氧原子振動。當

x≥0時,在530cm-1附近出現一個(ge) 新的拉曼峰並且強度隨著Sn4+離子含量的增加而增加,此峰可能和第二相位的形成相關(guan) 。660cm-1

處的12峰被指認為(wei) A1g(O)的振動模式,符合氧八麵體(ti) 的對稱吸收。除此之外,A1g(O)振動模式的FWHM主要依靠於(yu) B-位置陽離子的

有序度。


為(wei) 了進一步觀察拉曼峰這種明顯的變化,每個(ge) 峰的局部變換如圖1(b)-(d)所示。如圖1(e)所示為(wei) 了準確的分析振動模式,在

LabSpec軟件中對峰進行擬合操作。代表性的峰的相關(guan) 波數/FWHM參數在表1中給出,Lorentz擬合後的第1模和第9模的拉曼位移以

及12模的FWHM最小值為(wei) x=-0.02。


圖1. (a)為(wei) NMS陶瓷晶體(ti) 的拉曼光譜;(b)-(d)為(wei) 陶瓷晶體(ti) 的局部放大拉曼光譜;(e)Nd(Mg0.5Sn0.49)O3(x=-0.02)陶瓷

晶體(ti) 拉曼光譜的擬合曲線。


表1. 拉曼光譜的Lorentz擬合得到的頻率/FWHM參數


相關(guan) 文獻:Feng Shi, En-Cai Xiao, etc. lattice vibrational characteristics and structures properties relationships of non stoichiometric Nd[Mg0.5Sn0.5(1+x) ]O3 ceramics[J]. Applied Physics A, 2020, 835: 3-14.