Введение 5
1 Постановка цели и задач исследований 7
2 Теоретические сведения 8
2.1 Классическое рассмотрение КРС 8
2.2 Аппарат теории групп 12
3 Эмпирической расчет с помощью программы LADY 17
3.1 Структура программы 17
3.2 Теоретическая основа 19
3.2.1 Колебания решетки и упругость в центре зоны 19
3.2.2 Колебания решетки 20
3.2.4 Интенсивность комбинационного рассеяния 21
3.2.5 Упругие константы 22
3.2.6 Пьезоэлектрические константы 22
3.2.7 Симметрийный анализ 22
3.2.8 Дифференцирование частот 23
3.2.9 Дифференцирование упругих констант 24
3.3 Фононные состояния 25
3.3.1 Фононная дисперсия 25
3.3.2 Сканирование зоны Бриллюэна 26
3.3.3 Density of state (Плотность состояния) 26
3.3.4 Partial atomic density of state (Частичная плотность состояния) 27
3.3.5 Thermodynamic functions (Термодинамические функции) 27
3.3.6 Atomic thermal parameters (ATP) (Атомарные тепловые параметры). 28
3.3.7 Pair distribution function (PDF) (Функция парного распределения) 28
3.4 Феноменологические модельные методы расчета фононных спектров кристаллов 30
3.4.1 Модель межатомных потенциалов (IAP) 30
3.4.2 Модель жесткого иона (RIM) 30
3.4.3 Модель валентно-силового поля (VFF) 31
3.4.4 Модель поляризуемого иона (PIM) 31
3.4.5 Оболочечная модель (SM) 31
4 Структурные данные 32
5 Экспериментальная часть 34
5.1 Описание экспериментальной установки Jobin Yvon T-64000 34
5.2 Изготовление ориентированного образца 35
5.3 Выбор наилучшей длины волны возбуждения 36
5.4 Условия и параметры снятия спектров КРС 37
6 Экспериментальные результаты и обсуждение полученных данных 38
6.1 Температурная трансформация неполяризованные КР спектров 38
6.2 Поляризованные КР спектры 39
6.3 Параметры Грюнайзена 41
Заключение 44
Список использованных источников 45
Трифториды с редкоземельными металлами с общей форулой ReF3 (Re = La, Ce, Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu) исследуются с 60-х годов двадцатого века и было опубликовано большое количество работ по изучению соединений данного семейства. Это связано с многообразием их физических свойств, привлекающих интерес многих ученых с точки зрения технологических применений. В настоящее время наблюдается взрыв разнообразия электронных устройств, который вынуждает вести поиски наиболее перспективных материалов для их создания. К таким материалам относятся кристаллы обширного семейства редкоземельных трифторидов, обладающих широким диапазоном технологических приложений уже сейчас. В настоящий момент применения включают в себя использование в кислородных датчиках, детекторах, сцинтилляторах, телекоммуникационной аппаратуре и в качестве рабочего тела твердотельного лазера. Среди всего класса редкоземельных трифторидов, пожалуй, самое широкое применение получил кристалл NdF3 обладающий структурой тисонита, который исследовался нами в лаборатории молекулярной спектроскопии Института Физики СО РАН (Красноярск) Несмотря на уже имеющееся обилие практических приложений с использованием редкоземельных трифторидов, расширение области их применений продолжается. В связи с чем в последнее время интерес к ним значительно возрос. Возрастание интереса к соединениям семейства ReF3 также связано с тем, что методы изучения структуры вещества достигли значительного прогресса в техническом плане. К одним из таких методов относится спектроскопия комбинационного рассеяния света (КР).
Спектры КР являются чрезвычайно специфическими и чувствительными характеристиками молекул, поэтому их широко применяют как в химических, так и физических исследованиях. Достоинством метода КР является то, что его можно использовать для исследования практически любого вещества в любом агрегатном состоянии (газообразном, жидком или твердом, в том числе кристаллов и аморфных тел). В результате развития как экспериментальных, так и теоретических подходов КР спектроскопия стала одним из мощных методов исследования новых кристаллических сред сложной структуры, и актуальность проведения таких исследований новых материалов не вызывает сомнений.
Ранее проводившихся исследований спектральных данных методом КР при изменении температуры трифторидов с редкоземельными ионами, мало, но роднит их то, что все они были проведены в диапазоне от комнатной до 900 К. Соответственно информация об изменениях в спектрах КР ниже комнатной в настоящий момент отсутствует. Изучение спектров комбинационного рассеяния света (КРС) в зависимости от температуры позволяет понять механизмы структурных превращений, происходящих при фазовых переходах в кристаллических структурах. В работе [1] показано, что с изменением температуры происходит френекелевское разупорядочение ионов решетки, на основании изменения положений центрального пика линий КР для трифторидов со структурой тисонита LaF3, CeF3 и PrF3, в связи с чем мы сделали предположение, что и в исследуемом соединении аналогично может проявляться данный эффект.
- Получены спектры комбинационного рассеяния в zz и yz поляризациях в температурном диапазоне 190 - 400 К, а также неполяризованные спектры при температурах от 13 до 300 К. Измерения были проведены в частотном диапазоне 13 -780 см-1.
- Обнаружено, что кристалл NdF3 не подвергается структурном фазовым переходам и все изменения в спектрах происходят в пределах одной фазы в исследованном интервале температур.
- Определены численные значения параметров Грюнайзена
- На основании полученных зависимостей частоты и параметров Грюнайзена от температуры, был сделан вывод, что в данном соединении анионное разупорядочение отсутствует.
- Отсутствие аномалий в зависимостях параметров Грюнайзена от температуры связанных с возможным разупорядочением фторной подрешетки, что означает высокую степень чистоты исследуемого образца NdF3.
