Введение 4
1 Литературный обзор 5
1.1 Методы колебательной спектроскопии 5
1.1.1 Метод комбинационного рассеяния света 5
1.1.2 Метод инфракрасной спектроскопии 6
1.2 Метод теории групп 8
1.3 Методы моделирования динамики кристаллической решетки 12
1.3.1 Полуэмпирические методы 12
1.3.2 Первопринципные методы 22
2 Экспериментальное оборудование и образец 29
3 Установление корреляции между колебательными спектрами и структурой
кристалла LaF3 33
3.1 Рентгеноструктурные исследования 33
3.1 DFT расчет структурных свойств 34
3.2 Теоретико-групповой анализ 36
3.2 DFT расчет колебательных свойств 38
Заключение 44
Список использованных источников 45
Современные методы исследования структуры оптических материалов опираются по преимуществу на рентгеновские и оптические спектральные методы.
Колебательная спектроскопия позволяет получить информацию (в неявном виде) о строении и свойствах вещества в его различных агрегатных состояниях. Исследования методами комбинационного рассеяния и инфракрасного поглощения света стали обязательным при изучении новых кристаллических материалов.
Теоретико-групповые методы анализа фундаментальных колебаний кристаллов позволяют однозначно определить тип симметрии и число колебаний активных в КР и ИК спектрах, а использование первопринципных методик расчета динамики решетки позволяет исследовать стабильность структуры и рассчитать фононный спектр. Поэтому использование теоретико¬групповых и первопринципных методов является неотъемлемым этапом интерпретации экспериментальных спектров.
В рамках данной работы была выдвинута следующая цель - установление корреляции между колебательными спектрами и структурой кристалла LaF3.
Для реализации поставленной цели, необходимо решить следующие задачи:
- получить КР и ПК спектры кристалла LaF3;
- выполнить теоретико-групповой анализ;
- выполнить расчет динамики кристаллической решетки LaF3;
- уточнить структуру образцов LaF3.
Для достижения поставленной цели необходимо уметь пользоваться современным экспериментальным оборудованием, владеть методом позиционной симметрии теоретико-группового анализа и современными методами расчета динамики кристаллической решетки.
Таким образом, в ходе выполнения выпускной квалификационной работы были достигнуты следующие результаты:
- получены экспериментальные КР и ИК спектры;
- выполнен теоретико-групповой анализ колебаний фаз P-3c1 и P63cm;
- выполненный расчет структурных свойств LaF3 показал, что более энергетически выгодной является тригональная структура (пр. гр. P-3c1);
- выполненный расчет динамики решетки показал, что тригональная структура устойчива, а в гексагональной структуре имеются мнимые частоты колебаний, что свидетельствует о структурной нестабильности;
- установлено, что наиболее точный результат при описании колебательных спектров кристалла LaF3 дает LDA приближение;
- уточнена структура кристалла LaF3.
Использование результатов и навыков, полученных за время выполнения квалификационной работы позволит выполнить интерпретацию колебательных спектров как соединений семейства редкоземельных фторидов (ReF3), так и других твердых тел, что представляет интерес с фундаментальной точки зрения. Полученный опыт уточнения кристаллической структуры может быть полезен с практической точки зрения, в тех случаях, когда возникают трудности описания материалов рентген-структурным методом.
