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拉曼光谱学是研究物质元激发、结构和其它等物理性质的重要手段之一。它越来越受到人们的关注,并将其用于他们的工作中。本文利用拉曼光谱学的专业知识,对Bi系层状钙钛矿铁电氧化物Srm-3Bi4TimO3m+3(m=3,4,5)进行了系统研究,揭示了其结构与性质变化之间的关系,并重点分析讨论了非谐性互作用在光谱中的反映。本文还对当前另一研究热点ZnO基稀磁半导体(DMS)的拉曼光谱进行了研究,该方面的工作可以提供关于其结构等方面的基本信息,并可填补稀磁半导体领域的某些空白。以这两类物质体系为对象,完成了如下的工作:
1.通过改变Srm-3Bi4TimO3m+3中m的数值或者对Bi4Ti3O12(BTO)进行掺杂调制的多晶陶瓷SrBi4Ti4O15(SBTi4)、Sr2Bi4Ti5O18(SBTi5)、Bi4Ti3-xZrxO12(BTZx,x=0.2,0.5,1.0,1.5)和Bi3.25La0.75Ti3-xZrxO12(BLTZx,x=0,0.2,0.5,0.75,1.00,1.50),其拉曼光谱表现出共同的光谱分区特征,且其光谱的不同主要体现在非谐性声子模式的不同上。SBTi5陶瓷的变温拉曼光谱研究表明,其结构、非谐性互作用和取向弛豫都分别随测量温度的改变而改变。而且,通过对BTZx和BIXZx陶瓷拉曼光谱的研究,揭示了其结构畸变与剩余极化变化间的关系。
2.对Srm-3Bi4TimO3m+3/(001)—LaAlO3(LAO)(m=3,4,5)薄膜的拉曼光谱进行了研究,发现其拉曼光谱与相应陶瓷的光谱显著不同。而且,对不同的m值,其结构的不同导致了不同强度的非谐性互作用,并在相应的拉曼光谱上得到了展示。通过对SBTi4/LAO薄膜变温拉曼光谱的研究,首次从实验上得到了该材料内部的声子频隙,并指出了频隙与能隙的异同。对该薄膜高频声子模式频移和半高宽随温度的变化进行了讨论,给出了其内部主要振动能级的分布,并揭示了其内部互作用的非谐性。
3.对ZnO基DMS薄膜的拉曼光谱进行了研究,发现ZnMnCoO/c—Sapphire薄膜的变温、变波长的拉曼光谱呈现一定的规律性。文中还对该薄膜在空气中后退火后的拉曼光谱进行了测量,并给出了各声子模式的指认。首次报道了磁性离子共掺杂ZnO薄膜的共振拉曼光谱,对其机制进行了讨论;并发现其电—声耦合与畸变能随薄膜在空气中后退火温度的不同而不同。Sapphire和Si衬底上ZnMnCoO薄膜共振拉曼光谱的比较,说明其共振拉曼光谱可用于验证其晶粒的ε轴取向度。
综上所述,Bi系层状钙钛矿铁电氧化物Srm-3Bi4TimO3m+3拉曼光谱的系统研究,表明其拉曼光谱的不同起源于非谐性声子的差异;ZnO基DMS薄膜的拉曼光谱亦不同于ZnO的拉曼光谱,体现了磁性离子掺杂在光谱上的反映。说明拉曼光谱学分析不仅可用于表征物质的结构和光谱性质,还可以提供相关物质材料的基本物理信息,如非谐性互作用和电—声耦合等。