NaNbO3的高壓拉曼光譜研究

魯雅榮，艾尼瓦爾·吾術(shù)爾*，買買提熱夏提·買買提，穆巴拉克·木里提江，Seiji Kojima

1. 新疆大學(xué)物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院, 新疆 烏魯木齊 830046 2. Institute of Materials Science, Tsukuba, University of Tsukuba, Ibaraki 305-8573, Japan

引 言

常溫常壓(室溫20 ℃，大氣壓1 atm≈0.1 MPa)下NaNbO3是典型的鈣鈦礦反鐵電體，具有氧八面體結(jié)構(gòu)，在高密度光存儲、增強非線性光學(xué)性能和全息記錄材料等方面具有重要的應(yīng)用[1]。高壓作為一種極端的物質(zhì)條件，能夠改變物質(zhì)的分子和電子結(jié)構(gòu)，通過改變壓力可以得到材料豐富的晶體結(jié)構(gòu)變化規(guī)律[2]。高壓下NaNbO3的晶體結(jié)構(gòu)變化一直是研究的熱點。目前，對NaNbO3高壓結(jié)構(gòu)相變的研究有拉曼散射(Raman)[3-4]、中子散射(Neutron)[5]、同步輻射X射線衍射(XRD)[6]和原位阻抗測量技術(shù)[7]。圖1列出了2000年以來NaNbO3在高壓下結(jié)構(gòu)變化的研究結(jié)果。從圖1可以看到，Shen等[3]首次通過拉曼散射技術(shù)研究得到NaNbO3在7和12 GPa附近發(fā)生結(jié)構(gòu)相變，并且他們認(rèn)為17 GPa以上NaNbO3轉(zhuǎn)變成高度無序立方順電相(highly disordered cubic paraelectric phase)。之后的研究證實了7 GPa相變之后的晶體結(jié)構(gòu)為Pbnm[5]；另外，Shiratori等和Kichanov等研究認(rèn)為NaNbO3在2 GPa也存在一個結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變[4-6]；Wang等研究表明NaNbO3的擴(kuò)散系數(shù)、電導(dǎo)率和弛豫頻率在5.5和11.6 GPa具有不連續(xù)性[7]。

從圖1可以看到，NaNbO3在2 GPa附近和12 GPa以上的結(jié)構(gòu)相變序列和晶體結(jié)構(gòu)依舊存在爭議和未知。首先，拉曼散射實驗中，Shen等[3]使用的激光器能量高達(dá)200 mW，7 GPa以上的拉曼圖譜的信號很弱，因此很難準(zhǔn)確判斷高壓區(qū)的結(jié)構(gòu)變化。Shiratori等[4]只研究了15.9 GPa以下NaNbO3的結(jié)構(gòu)特性，因此17.5 GPa附近是否相變成立方相是未知的。同時Shiratori等也沒有觀察低頻段(0～150 cm-1)的光譜特征。但是，壓強作用下Na+位移(0～90 cm-1)引起的晶格振動對結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)變有重要的影響?！?br>