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在很多过渡金属氧化物中,电子的电荷、自旋以及材料的晶格等基本属性都会与轨道对称性发生密切的关联,从而使得材料本身表现出如高温超导、电荷序、自旋序或金属-绝缘体相变等丰富的物理特性。在本论文中,研究的是轨道有序过渡金属氧化物-La4Ru2O10和Fe3O4-的红外光学性质。主要结果如下:
(1)对于在160K发生半导体-半导体转变的4d钌氧化物La4Ru2O10,其高温相的红外反射谱在中红外及近红外区有两个带间跃迁的特征,相变后,其中能量较低的带间跃迁被明显地压制,损失的谱重转移到能量较高的带间跃迁峰。结合材料的晶格结构和晶场效应,笔者认为该谱重转移与Ru4d电子在相变前后不同的轨道选择占据有密切的联系。本结果不仅验证了低温相自旋二聚化态的存在,同时也对高温相轨道有序态导致其绝缘性的原因做了阐述。
(2)基于Wright等人提出的Fe3O4最新的精细结构和电荷-轨道有序模型,重新分析和解释了Fe3O4的红外光学性质。本文发现,该体系的光谱特征,尤其是带间跃迁的特征,能够很好地对应于电荷-轨道有序模型下的能带结构。此外,我们用小极化子模型拟合了Verwey相变前载流子的贡献。当扣除小极化子贡献的谱重后,高温相的光谱出现与Verwey相变后一致的带问跃迁特征,表明了高温相时体系中有短程有序存在。
最后一章简单介绍了早期关于掺硼金刚石红外光学性质的研究结果。通过对纯金刚石及掺硼金刚石红外光谱的比较,笔者给出了金刚石半导体带隙中杂质能带随硼掺杂浓度变化的图像。此外,在掺硼金刚石反射率谱中观察到的1330cm-1反常声子特征证明了该体系中存在着强电—声子相互作用。