Дифференциальная диэлектрическая спектроскопия
Дипломная работа - Физика
Другие дипломы по предмету Физика
лн до ?-излучения. Малые кванты энергии связаны в основном с магнитными взаимодействиями частиц и изучаются радиоспектроскопическими методами. Рентгеновская спектроскопия изучает переходы электронов на внутренние оболочки атомов и ионов, образующих кристалл. Гамма-излучение связано с переходами между ядерными уровнями. Однако обычно под спектроскопией кристаллов понимают оптическую спектроскопию, охватывающую диапазон электромагнитных волн от далёкой инфракрасной до дальней ультрафиолетовой областей.
В спектроскопии кристаллов исследуются спектры поглощения, отражения, люминесценции и рассеяния, а также влияние на них различных внешних воздействий: электрического поля (Штарка эффект), магнитного поля (Зеемана эффект), всестороннего сжатия кристалла и направленных деформаций (пьезоспектроскопический эффект). Исследуется также зависимость спектра кристалла от температуры (изменение структуры, сдвиги и уширения полос, изменения интенсивности) и поляризации света. После поглощения света в кристалле развиваются процессы релаксации и передачи энергии возбуждения. Для их исследования важны временные измерения спектральных характеристик, позволяющие найти времена жизни определённых состояний, времена релаксации и так далее. Если во взаимодействии с излучением принимает участие несколько частиц, взаимодействующих также между собой, то возникают кооперативные явления.
Спектроскопия кристаллов изучает влияние дефектов в кристаллах (как существующих в реальном кристалле, так и намеренно создаваемых для придания кристаллу определённых свойств, например введением примесей) на их спектры. Спектры тонких кристаллических плёнок и кристаллов малых размеров могут обладать особенностями (влияние поверхности).
Спектроскопия кристаллов позволяет получить информацию о системе энергетических уровней кристалла, о механизмах взаимодействия света с веществом, о переносе и преобразовании энергии, поглощённой в кристалле, и её изменениях (фазовые переходы), о фотохимических реакциях и фотопроводимости спектроскопия кристаллов позволяет также получить данные о структуре кристаллической решётки, о строении и ориентации различных дефектов и примесных центров в кристаллах и так далее. На данных спектроскопии основаны применения кристаллов в квантовой электронике, в качестве люминофоров, сцинтилляторов, преобразователей световой энергии, оптических материалов, ячеек для записи информации. Методы спектроскопии кристаллов используются в спектральном анализе.
Систематическое изучение спектров началось во 2-й половине 19 века. В 1859 г.Р. Кирхгоф сформулировал принципы спектрального анализа. Н. Бор в 1913 объяснил закономерности в расположении спектральных линий. Изучение спектров атомов послужило основой создания квантовой механики. По спектрам были открыты несколько химических элементов. Методы спектроскопии используют для исследования уровней энергии атомов, молекул и образованных из них макроскопических систем, изучения строения и свойств химических соединений, для проведения качественного и количественного анализа веществ.
Задачи спектроскопии:
Прямая задача спектроскопии - предсказание вида спектра вещества исходя из знаний о его строении, составе и прочем.
Обратная задача спектроскопии - определение характеристик вещества (не являющихся непосредственно наблюдаемыми величинами) по свойствам его спектров (которые наблюдаются непосредственно и напрямую зависят как от определяемых характеристик, так и от внешних факторов).
А дифференциальная спектроскопия используется для получения более точного анализа.
2. Кристаллическая структура перовскита
Соединения с обобщенной формулой АВХ3 могут кристаллизоваться в структурный тип перовскита (родоначальник - минерал CaTiO3), где A, B - катионы, X - анионы O2-, F-, Cl-, Br-, I-. Перовскитовая элементарная ячейка может быть кубической, с пространственной группой Pm3m (Оh1), №221, z=1, В - (1a) (000), А - (1b) ( ), Х - (3d) ( 0 0, 0 0, 0 0 ). Шесть ионов Х образуют кристаллографический полиэдр в виде правильного октаэдра вокруг меньшего катиона В, а восемь крупных катионов А - правильный куб, рис.1а. Двенадцать ионов Х, удаленные на одинаковые расстояния от иона А, образуют кубооктаэдр, рис.1b. Для каждого Х ближайшими соседями будут как А, так и В, расположенные в виде тетрагональной бипирамиды и имеющие разные размеры и свойства, рис.1с. Четыре А образуют квадратное основание бипирамиды со стороной, равной параметру элементарной ячейки а. Два В (RB < RА), расположены на перпендикуляре к центру основания бипирамиды по обеим сторонам на расстояниях а/2. [1]
Перовскитовая структура может быть составлена как из полиэдров, содержащих внутри Х, так и из полиэдров, содержащих А и В, рис.1. В первом случае пространство полностью заполнено бипирамидами, которые имеют общие ребра и грани, рис.1с. Во втором случае пространство заполняется кубооктаэдрами и октаэдрами, содержащими А и В, рис.1а, b.
На рисунках 2 - 5 представлены основные типы перовскитоподобных кристаллических решеток.
Рисунок 2. - Структура идеального кубического перовскита, где А (синий) катионы в углах решетки, катион В (желтый) в центре, окруженный гранецентрированными анионами О (красный).
?/p>