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层状铁电晶体MBiP2X6(M=Cu, Ag; X=S, Se)拉曼光谱的第一性原理研究

2021-03-08侯燕冯敏马得原王玉芳

光散射学报 2021年2期
关键词:振动

侯燕,冯敏,马得原,王玉芳

(南开大学物理科学学院,天津 300071)

1 引言

目前多种新型二维材料被合成,比如过渡金属二卤化物(TMDs)、WS2、MoS2等[1-4],引起了人们的广泛关注。另外,一些氧化物、六方氮化硼[10]等构成的二维材料,也有研究者涉及。这些二维材料展现出的铁电性、铁磁性、超导性,催化活性等多方面的物理和化学性质,为研究提供了广泛机遇,极大地拓展了二维材料的性能和应用。过渡金属卤代磷酸酯体系MIMIIIP2X6(MI=Ag, Cu; MIII=In, Bi, Cr, V, Sc; X=S,Se)中,CuInP2Se6和CuInP2S6作为一类铁电材料[5],在晶体结构、电子特性和铁电性等方面已有广泛的研究;同时CuVP2X6和CuCrP2X6(X=S,Se)铁磁性质显著,也已引起了人们极大的研究兴趣。MIMIIIP2X6体系层与层之间通过弱的范德瓦尔斯相互作用结合,通过机械剥离技术得到的单层或多层vdW材料具有新的物理性能。

Gave等人[12]在2005年利用单晶X射线衍射确定了CuBiP2Se6(T=97,173和298 K),AgBiP2Se6和AgBiP2S6(T=298K)的晶体结构。有关的研究表明:CuBiP2Se6晶体在145K和220 K存在相变[13], AgBiP2S6晶体的相变温度在220 K附近。对于MBiP2X6单分子膜的电学性质和催化方面的理论研究[9,10]比较广泛,而与晶格动力学有关的声子性质尚未见报道。

1998年Yu.M.Vysochanskii[11]等人在实验上利用拉曼散射研究了层状铁电晶体 CuInP2S6的铁电-顺电相变动力学。通过测定拉曼光谱与温度的依赖性,揭示了铁电体CuInP2S6中[P2S6]4-的形变振动与Cu+的耦合振动是Cu+发生跳跃运动的原因,阐明了有序-无序型铁电相变的本质。拉曼光谱可以提供晶体结构、质量以及缺陷等方面的信息,已经在一些新型二维材料(例如石墨烯, PtSe2等[14])中有广泛的研究。层状反铁电晶体MBiP2X6,作为位移型铁电体[12],可以借助拉曼色谱分析铁电性的起源以及铁电体涉及的软模位移、自发极化等微观机制的本质,为指导合成新的二维材料提供理论依据。……

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