MgTiO_3的Raman活性振动模指认与描述

微波介电材料的介电性质与其晶格振动有关,材料晶格振动模的描述与指认是研究其晶格振动与微波介电性质关系的基本工作。以高温固相反应合成了MgTiO_3陶瓷样品并得到了其高分辨的Raman光谱。通过第一性原理计算(DFT),得到MgTiO_3的Raman活性振动模信息。比较振动模频率的实验值与计算值排序,指认了MgTiO_3的Raman峰:225cm^(-1)(Ag)、281cm^(-1)(E_g)、306cm^(-1)(A_g)、328cm^(-1)(E_g)、353cm^(-1)(E_g)、398cm^(-1)(A_g)、486cm^(-1)(E_g)、500cm^(-1)(A_g)、641cm^(-1)(E_g)以及715cm^(-1)(A_g)。同时,通过群论分析,得到了MgTiO_3原胞(10个离子)的15个Raman相关的振动对称坐标。通过这些对称坐标的线性组合,得到了该体系的Raman活性振动模的展开表达方式,从而使得复杂的三维晶格振动模比较直观。分析这些线性展开的振动模,得到如下有关MgTiO_3振动模的基本信息:在每一个晶格振动模中,所有的离子均参与振动;在A_g振动模中,A_g(715cm^(-1))、A_g(500cm^(-1))及A_g(398cm^(-1))模主要由O^(2-)离子的振动贡献,而A_g(225cm^(-1))与A_g(306cm^(-1))模则主要由阳离子Mg^(2+)与Ti^(4+)的振动贡献;对于A_g(398cm^(-1))振动模,可以把它看作是接近各向同性的O^(2-)八面体呼吸振动,因而其Raman峰强度受到晶体取向的影响比较小;对于E_g振动模,其振动情况比较复杂,可以看作是O^(2-)八面体的不同方式的扭曲与拉伸,同时阳离子在平行于六方晶胞之(001)晶面的平面内振动,在E_g振动模中,所有离子对振动有较大的贡献。