Электронная структура диоксида титана и титанатов Ca, Sr, Ba и Pb по данным рентгеновских спектров поглощения, эмиссии и рассеяния

• Автор: Новиковский, Николай Михайлович
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Ростов-на-Дону
• Количество страниц: 112 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

Основные обозначения и сокращения

1 Моделирование процесса взаимодействия рентгеновского излучения с веществом

1.1 Метод расчёта

1.2 Построение кластерного потенциала

2 Электронное строение и рентгеновские спектры с точки зрения МО JIKAO подхода

2.1 Зависимость расчетных спектров поглощения от размеров моделируемого кластера

2.2 Влияние р, d nf фаз рассеяния фотоэлектронов атомными сферами Pb, Sr, Ва, Са и Ti на тонкую структуру рентгеновских Х-спектров поглощения
2.3 Влияние искажения октаэдров ТЮ6 на предкраевые особенности спектров поглощения в перовскитах ДТЮ

2.4 Интерпретация XANES Х-спектров катионов и анионов в титанатах

2.5 Интерпретация XES Х-спектров титана в титанатах
3 Электронная структура свободных 3<7-состояний титана в диоксиде титана по данным рентгеновских спектров поглощения и рассеяния
3.1 Механизмы формирования околопороговой тонкой структуры К-края спектров поглощения титана в ТЮ
3.2 Угловая и частотная зависимости запрещенного брэгговского рефлекса 002 в кристалле ТЮ2 со структурой анатаза
3.2.1 Зависимость интенсивности «запрещенного» рефлекса 002 от энергии рентгеновских квантов
3.2.2 Зависимость интенсивности «запрещенного» рефлекса 002 от азимутального угла
3.3 Угловые и азимутальные зависимостей брэгговских рефлексов 001 и 100 в кристалле ТЮ2 со структурой рутила
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Список литературы:
Основные публикации по теме диссертации:

ВВЕДЕНИЕ Актуальность темы
В последние десятилетия проведено огромное количество экспериментальных и теоретических исследований предкраевой структуры К-спектров поглощения для соединений АТЮ3 [1-13] (А=Са, Ва, 8г и РЬ) и ТЮ2 [14-22] со структурами рутила и анатаза. Соединения ЛТЮ3 и диоксид титана более 70 лет являются объектами исследования физики конденсированного состояния и вызывают до сих пор большой интерес как с фундаментальной, так и с прикладной точек зрения. Титанаты со структурой перовскита являются основами материалов современной пьезотехники, а диоксид титана применяется в катализе, фотокатализе, спинтронике и солнечных батареях, благодаря своим электрофизическим свойствам таким, как пьезо- и сегнетоэлектричество, высокотемпературная сверхпроводимость. Для объяснения этих свойств, что является важной проблемой физики конденсированного состояния, необходимо понимать электронное строение валентной полосы и дна полосы проводимости, а также выявить особенности атомной структуры и в том числе локальной атомной структуры, которые в значительной степени определяют эти свойства.
Особенности электронного строения и локальной атомной структуры и свойства рассматриваемых соединений исследуются различными методами, в том числе, методами рентгеновской спектроскопии. Установлено [1,6, 7], что в титанатах предкраевая структура Х-спектров поглощения Тл содержит сведения о малых смещениях катионов титана из центров ТЮб октаэдров, что важно для развития микроскопической теории сегнетоэлектрических фазовых переходов. Хотя, например, в работе [8] делается сомнительное утверждение о том, что слабое тетрагональное искажение в титанате бария не влияет на спектр, и все различия в предкраевой тонкой структуре спектров (ПКТС) Х-края поглощения титана в 8гТЮ3 и ВаТЮ3 вызваны лишь различием электронной структуры свободных орбиталей катионов бария и стронция.

атом-поглотитель, в предкраевой области спектров поглощения титана исчезают полосы ^ и ея, изображенные на рис. 2.1. Отключение аналогичных фаз рассеяния на центральном атоме приводит к исчезновению экситонных ї2* и е* состояний. Заметным оказывается влияние сі, ./-фаз рассеяния атомов А-сорта (Зй- Са, 4с1- Бг, 5сі- и 4/состояний Ва).
По мере того, как проводились такие «выключения» сдвигов фаз рассеяния, в предкраевой области спектров исчезали соответствующие пики А,
B, С и Э). Именно, пики А и В не наблюдаются в расчетной предкраевой тонкой структуре спектров, если мы не учитываем ^-рассеяние на соседних к ионизируемому атому атомах титана (рис. 2.7, пунктирная кривая), более детальное рассмотрение влияние ^/-состояний титана изложено далее в разделе 3 при интерпретации предкраевой структуры ТЮг со структурой анатаза; пики С исчезают в расчётных спектрах, найденных без учёта с?-рассеяния на атомных сферах атомов Са, вг, Ва (см. рис. 2.7- 2.9, кривые для /са, >, ва=1), а в спектре титана для кристалла ВаТЮ3, рассчитанном без учёта /-рассеяния на атомах бария (см. рис. 2.9, кривая для /ва=2), наблюдается пик, ответственный за переходы Ті П-электрона в 5<7-полосу бария и отсутствует особенность, связанная с резонансом/фазы рассеяния на атоме бария. Отдельно выделяется кристалл РЬТЮз, так как отключение сі- и /фаз рассеяния не повлияли на предкраевую область спектра. Это связано с тем, что слабо выраженный пик С обусловлен 6р-состояпиями свинца (см. рис. 2.10), а сі- я /состояния свинца лежат очень глубоко и в предкраевой области не проявляются. На рис. 2.10 пик
C, отвечающий за 6/5-состояния РЬ, расположен близко к е^-полосе Ті. Далее в подразделе 2.4 будут показаны возможности метода изменения постоянной энергетической добавки к потенциалу свободного атома для идентификации и разделения двух близко стоящих предкраевых особенностей.