硫系玻璃As-Se的拉曼光谱分析

简介：
本研究通过拉曼光谱技术深入探讨了As-Se硫系玻璃的结构特性，揭示了其内部化学键和分子振动模式，为理解这类材料提供了重要数据。 在材料科学领域内，硫系玻璃是一种重要的非晶态材料，主要由氧族元素（如硫、硒）与电负性较弱的元素（例如砷、镓）组成。As-S-Se硫系玻璃是此类材料中的一个典型代表，在红外光学领域的广泛应用前景使其备受关注。该体系包含四种角锥型基本结构单元——[AsS3]、[AsSe3]、[AsS2Se]和[AsSe2S]，这些结构单元对于理解其微观结构与性质变化至关重要。 研究中采用群论分析、第一性原理计算以及拉曼振动耦合理论来探讨这些基础单元的振动模式及其对成分改变的响应。群论在材料科学领域内是探究物质结构和性质对称性的有力工具，通过对称性分析可以预测并解释材料的振动模式，并且这些振动模式与拉曼光谱直接相关。 硫系玻璃之所以在红外光学领域具有重要应用价值，是因为它们拥有更高的非线性系数、更宽广的红外透过窗口以及更低的能量声子。这主要归因于其较低的键合强度、较大的密度和更多的共价成分。通过调整S和Se的比例，As-S-Se硫系玻璃能够实现材料光学参数的渐变调控，为优化性能提供了可能。 拉曼光谱技术是一种研究物质分子振动与转动信息的有效手段，通过对散射光频率分析获取分子振动数据。鉴于玻璃中分子振动模式多与化学键相关联，该技术特别适用于共价玻璃微结构的研究。先前研究表明，通过对比As-Cl-Br三元体系的拉曼谱图，Li等人对As-S-Se硫系玻璃进行了微观结构演变研究。 然而，在本论文中，作者基于群论分析得出四种基本单元的基本拉曼振动模式，并利用第一性原理进行自洽场拉曼频移模拟。此外，通过结合拉曼振动耦合理论解释了Se、S替换导致的主振动频率移动现象，并深入探讨As18SxSe82-x玻璃随成分变化时微观结构演变过程。 该研究方法集成了实验数据与第一性原理计算的优势，为硫系玻璃等材料微结构的研究提供了强有力的工具。除了加深对材料微观性质的理解外，它还指导了未来新材料的设计和合成工作。通过确保模拟分析的准确性并关注实验结果与理论预测的一致性，这项研究不仅推进了As-S-Se硫系玻璃拉曼光谱领域的深度理解，并为后续相关领域提供重要的参考价值及启示意义。