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純粋なBaZrOとアクセプターをドープしたBaZrOのフォノンスペクトルを可視及び紫外ラマン分光法で調べた
Phonon spectra of pure and acceptor doped BaZrO investigated with visible and UV Raman spectroscopy.
PMID: 32628643 DOI: 10.1088/1361-648X/ab95d1.
抄録
ペロブスカイト型酸化物BaZrOの多結晶サンプルと、そのYドープされたプロトン伝導体BaZrYOの厚さ500nmの膜のフォノンスペクトルの可視及び紫外ラマン分光研究から得られた結果を報告する。異なる励起エネルギー(3.44eVから5.17eV)を用いて測定したラマンスペクトルの分析から、すべての格子振動モードを含む強い共鳴ラマン効果が活性化されていることがわかった。具体的には、BaZrOでは5eV付近とそれ以上のエネルギーの2つの特徴的なエネルギーが、BaZrYOでは5eV以上のエネルギーの1つが確認された。非共鳴状態と共鳴状態のスペクトル強度の差が大きいことを除けば、スペクトルは全体的によく似ており、UVレーザーを励起源として用いた場合にペロブスカイトの振動スペクトルが安定であることが示唆された。これらの結果は、プロトン伝導性ペロブスカイトの格子振動ダイナミクスや局所構造を研究するための新しいアプローチとして、UVラマン分光法のさらなる利用を促すものであり、例えば、この種の材料におけるプロトン輸送における格子振動の役割を理解することを目的とした薄膜上での時間分解実験への可能性を開くものである。
We report results from visible and UV Raman spectroscopy studies of the phonon spectra of a polycrystalline sample of the prototypical perovskite type oxide BaZrO and a 500 nm thick film of its Y-doped, proton conducting, counterpart BaZrYO. Analysis of the Raman spectra measured using different excitation energies (between 3.44 eV and 5.17 eV) reveals the activation of strong resonance Raman effects involving all lattice vibrational modes. Specifically, two characteristic energies were identified for BaZrO, one around 5 eV and one at higher energy, respectively, and one for BaZrYO, above 5 eV. Apart from the large difference in spectral intensity between the non-resonant and resonant conditions, the spectra are overall similar to each other, suggesting that the vibrational spectra of the perovskites are stable when investigated using an UV laser as excitation source. These results encourage further use of UV Raman spectroscopy as a novel approach for the study of lattice vibrational dynamics and local structure in proton conducting perovskites, and open up for, e.g., time-resolved experiments on thin films targeted at understanding the role of lattice vibrations in proton transport in these kinds of materials.