1、低维纳米材料的拉曼光谱学院：材料科学与工程班级：材硕71班姓名：韩婷学号：07022003主要内容理论基础实验结果和分析总结1.理论基础根本原因在于低维材料的尺寸效应和维度效应等量子效应拉曼散射拉曼散射拉曼频率（即拉曼频率（即声子频率，声子频率，q=I -S）半峰宽半峰宽峰形峰形拉曼频率拉曼频率随入射波随入射波长的变化长的变化Stokes和和anti-stokes频率关系频率关系对应块体材料拉曼散射大小对称不变相等低维材料拉曼散射小大一般不对称波长越小频率越小不等1.理论基础尺寸效应：低维材料的尺寸小于特征几何常数，从而具有特殊性能当晶体几何尺寸r非常小时，尺寸不确定性r也会相应非常小，因而从
2、不确定关系 k r可以得知：动量不确定性 k会非常大，也就是说，动量发生了弥散，而不再是一个确定值，并随尺寸减小弥散程度增大当晶粒尺寸减小到纳米量级时，光学声子的空间波函数被局域化，不再是平面波因而喇曼散射过程不再局限于q0的声子态，qO的声子也参与散射过程。由于点附近光学声子的振动频率随波矢q的增大而减小，所以晶粒尺寸越小，拉曼峰的红移越大。随着峰的红移，谱线增宽，并且不对称性增加.1.理论基础维度效应：低维材料的某一，二或三个维度尺寸小于特征几何常数，从而具有特殊性能如尺寸限制、宏观量子隧道、库仑阻塞、弹道输运等介观现象和特性，是科学研究的热点以及新材料和新器件发展的基础，今后可应用于新型
3、微电子、微光电子、微机械、微传感器等器件1.理论基础用来解释低维材料拉曼光谱的理论模型有：微晶模型声子态密度1.理论基础微晶模型1.仍为晶体结构2.由于晶粒很小，周期性边界条件不再满足，某维度方向上，声子运动波函数不再是周期性的，而应乘以一个权重函数3.权重函数与尺寸限制效应等有关，对模型精确性影响很大实验证明，该模型适用于低维非极性半导体（限制尺寸大于3nm）。对量子点，限制尺寸为其直径；量子线，限制尺寸为具有完整晶格晶粒尺寸，不再为直径1.理论基础声子态密度1.从拉曼光谱角度，低维极性半导体具有非晶特性2.不再是布里渊区中心特定区域声子的散射，与声子态密度直接相关这种非晶特性已经得到实验证
4、明，见后面内容2.实验结果和分析a,b为多孔硅，孔径ab；c为块体材料a和b的峰位小对于c有明显的左移（即声子频率红移）；b峰有明显的不对称和展宽2.实验结果和分析块体材料拉曼光谱的两个特征不再出现，这两个特征为：声子频率不随激发光波长变化而变化；stokes和anti-stokes频率相等低维材料的声子频率随入射光频率变化的原因为：尺寸存在分布造成量子尺寸-波长选择效应低维材料stokes和anti-stokes频率不等的原因未知2.实验结果和分析巧妙地利用材料的光吸收系数随波长不同而不同，在样品中穿透深度不同的特性，用不同波长激光激发，在同一样品上，分别记录了如图4所示的来自多孔硅膜(45
5、79 nm激发)、硅衬底(7561nm激发)和两者叠加的光谱(47655145 nm激发)波长大得到衬底拉曼光谱，波长小得到多孔硅拉曼光谱从实验上提取了纯多孔硅膜的拉曼谱，证明了前人指认的谱确实是来自多孔硅膜和硅衬底的两个拉曼峰的叠加谱，并用理论谱与实验谱很好拟合的事实证实所获得的谱确是多孔硅特征拉曼谱CdSeZnTe超晶格微观界面模(LMIF)多声子拉曼谱的频率(a)、线宽(b)和强度(c)随多声子级K的变化规律；体材料杂质模多声子拉曼谱的频率(d)、线宽(e)和强度(f)随多声子级的K变化规律说明超晶格是类缺陷结构2.实验结果和分析 观测到了d越大，反常值越小的结果；与预测相符，当d大到一
6、定值时为0，和块体材料相同SiC纳米棒的的x射线衍射谱说明其为晶体结构微晶和非晶（声子态密度）的理论谱分别为不能和可以拟合实验谱，说明：从拉曼光谱角度看，SiC纳米棒具有非晶特性在GaN，ZnO和CdSe等多种极性半导体纳米晶材料中，也发现了与上述结果完全类似的现象，这些都是极性半导体纳米晶材料3.总结低维材料拉曼光谱的两个基本特征出现“反常”，即sas及拉曼频率随入射光波长变化而变化低维材料相对于相应块体材料，其拉曼频率红移，峰形发生不对称展宽微晶理论模型适用于低维非极性半导体；声子密度模型适用于低维极性半导体和非晶半导体通过低维拉曼光谱的应用研究，发现了材料的许多新奇物性，如发现超晶格和碳纳米管是类缺陷结构，和极性半导体纳米晶材料具有非晶特性
