表面声子研究及进展

本文重点讨论近年对固体表面振动模式的基本类型及其理论和实验研究状况。所讨论的振动模式包括长、短波表面声学模及表面光学模。对其它与表面振动有关的性质,如比热和与固体物体表面吸附物有关的振动模也加以简单论述。     

用不变本征算符法求晶面吸附原子的振动模

晶体表面的扩散和缺陷对晶体振动模式的影响是表面物理学研究的一个重要和基本的课题.晶格振动的频率对应于系统的能带.由于晶格中原子的振动不是孤立的,并且晶格具有周期性,所以在晶体中形成格波.格波代表晶体中所有原子都参与的频率相同的振动,又常称为一种振动模.本文讨论在表面吸附位势系数β_0与晶体内部原子的周期位势系数β不同的情况下,晶体表面吸附一个质量为m_0(与晶格原子质量m不同)的原子以后晶格的振动模.采用不变本征算符方法,严格地导出此振动模为ω=((2β(1-coshα))/(hm))~(1/2),其中α=ln[-(mβ_0+m_0(-2β+β_0)+(β_0)~(1/2)((-4mm_0β+(m+m_0)~2β_0))~(1/2)/2m_0β].此结果表明,ω不但取决于吸附位势与吸附原子的质量,也与晶格原子的质量与内位势有关.     

负膨胀材料Zn(CN)_2和Cd(CN)_2的晶格振动分析

运用群论理论对负膨胀系数材料Zn(CN)2和Cd(CN)2的晶格振动进行了对称性分类,利用第一性原理密度泛函理论计算了它们布里渊区中心点的声子频率和Grüneisen参数,根据计算得到的各个模式所对应的本征矢对各个振动模式进行了指认,根据各模式Grüneisen参数讨论了负膨胀机理。在11个光学振动模式中,一个属于Zn/Cd原子的晶格振动模,位于223 cm-1/154 cm-1;5个属于C≡N刚性单元平移振动模;3个属于C≡N刚性单元天平动;2个属于C≡N刚性单元内振动。有7个振动模为拉曼活性,4个振动模为红外活性,两个振动模红外和拉曼均为非活性。C≡N刚性单元的3个低频平移振动模和全部天平动模的Grüneisen参数为负,对负热膨胀的产生有贡献,振动频率为47 cm-1的平移振动模具有最大的负Grüneisen参数,对负膨胀贡献最大。     

单壁碳纳米管手性角对声子振动频率的影响

报道了用卷曲法对一系列手性单壁碳纳米管计及卷曲效应声子振动谱的计算结果.基于实际的数值计算，讨论了Brillouin区中心Γ点手性管晶格振动模的分类；得出了其12个非简并的本征频率与手性和管径的关系. 关键词： 单壁碳纳米管 手性管 振动模式     

有限周期性弦球链系统的振动模

用实验和数值模拟的方法研究了一个有限周期性弦球链系统的振动模.观察到了振动谱的带状结构,表面态模.考察了表面态模的振动频率与第一个小球距弦端的距离τ的关系.用离散差分法对该弦球链系统作了数值模拟并对实验和数值模拟结果作了简单讨论.     

不同振动模式下颗粒分离行为的数值模拟

利用三维离散元法对垂直方向上的直线、圆和椭圆振动模式颗粒分离过程进行了数值模拟研究,对直线振动时上层大颗粒的波动及圆和椭圆振动时出现的聚集、循环等现象的形成机理进行了分析,并讨论了振动强度对各振动模式下颗粒分离形态的影响规律. 研究表明,综合运用空隙填充、侧面驱动的颗粒运动和能量非均匀分布三种机理,并结合颗粒群的速度矢量分布情况能够较好地解释各振动模式下的颗粒分离行为. 振动强度对圆和椭圆振动模式的分离形态具有显著的影响,并在振动强度约为3时,各种振动模式均具有良好的颗粒分离效果和稳定的颗粒运动状态. 关键词： 振动模式 颗粒分离 离散元法 数值模拟     

不同振动模式下颗粒分离行为的数值模拟

利用三维离散元法对垂直方向上的直线、圆和椭圆振动模式颗粒分离过程进行了数值模拟研究,对直线振动时上层大颗粒的波动及圆和椭圆振动时出现的聚集、循环等现象的形成机理进行了分析,并讨论了振动强度对各振动模式下颗粒分离形态的影响规律. 研究表明,综合运用空隙填充、侧面驱动的颗粒运动和能量非均匀分布三种机理,并结合颗粒群的速度矢量分布情况能够较好地解释各振动模式下的颗粒分离行为. 振动强度对圆和椭圆振动模式的分离形态具有显著的影响,并在振动强度约为3时,各种振动模式均具有良好的颗粒分离效果和稳定的颗粒运动状态.     

氮分子固体中配位环境对其分子振动的影响

研究了孤立氮分子与处于氮分子固体中氮分子之间的振动频率差异.基于α-N_2晶体结构建立了5种不同氮分子数的氮分子固体团簇模型,采用密度泛函理论计算了孤立自由氮分子及各固体模型中氮分子的振动频率,并对它们的频率进行了比较和讨论.比较发现:受集体效应的影响,处于分子固体模型中的所有氮分子的键长较孤立自由氮分子的键长更短,振动频率更高;就固体模型本身而言,分子数越多,平均振动频率越大,而且,内部氮分子的振动频率总是大于表面氮分子的振动频率,整体来说,频率大小关系为v_(内部)v_(表面)v_(孤立).讨论分析认为这种频率差异主要是由于孤立自由氮分子、固体表面和内部分子的配位关系不同引起的;表面分子存在大量配位缺陷,与其相互作用的分子相对较少,氮分子键力较弱,从而频率更低.     

Bi系高温超导体Cu—O键伸缩振动的理论分析

根据分子振动理论,采用简化模型分析了Bi系高温超导体Cu—O键伸缩振动的振动模式,计算了相应于红外活性模的振动频率,并将计算结果与实验分析结果进行了比较 关键词：     

钉扎效应对聚噻吩中双空穴极化子附近局域振动模的影响

基于扩展的二维Su-Schrieffer-Heeger模型，研究了库仑钉扎作用对聚噻吩中双空穴极化子 附近的局域振动模的影响.除了与激发方式无关的本征振动模外，发现了与激发方式相关的 声子振动模式.计算结果与聚噻吩红外和拉曼光谱实验数据相当符合，从而对掺杂诱导和光 致激发下聚噻吩吸收光谱的区别给出了较好的理论阐释. 关键词： 聚噻吩 钉扎效应 吸收光谱 局域振动模     

应用于扫描探针显微镜的石英音叉机械模型研究

石英音叉作为力传感器广泛地应用于各种扫描探针显微镜,主要涉及石英音叉的同相振动和反相振动两种振动模式.通过实验方法和有限元仿真方法对石英音叉的两种振动模式进行研究,发现石英音叉的双臂之间以及双臂与音叉的基部之间都存在耦合作用,双臂之间的耦合使音叉的反相共振频率升高,双臂与基部之间的耦合使音叉的同相共振频率降低.针对两种振动模式的动态特性建立了石英音叉的机械模型并进行合理简化.简化模型是一个四弹簧三质点系统,计算了简化模型的参数.通过一个音叉臂等效质量变化与音叉反相共振频率变化之间的定量关系证明了简化机械模 关键词： 扫描探针显微镜 石英音叉 振动模式 机械模型     

密度泛函理论研究过渡金属对吡啶的拉曼光谱强度的影响

本文采用杂化密度泛函理论计算了过渡金属M -Py分子的基态振动频率和拉曼光谱强度。计算结果表明过渡金属对Py分子的振动频率影响较小 ,但对Py分子的A1 振动模式的拉曼谱强度影响较大。对于A1 对称性的非C -H伸缩振动模 ,吡啶分子环呼吸振动和高频的C -C对称伸缩振动有较大的拉曼散射因子 ,我们还将此结果与典型的SERS活性金属 (铜族金属 )进行了比较     

原子氢与金刚石表面的相互作用

用高分辨率电子能量损失谱研究了氢原子吸附在金刚石表面的各种振动模式,其中主要是位于360meV处的C—H键的伸长振动和位于160meV处的“剪”振动。用氚原子代替氢原子吸附在金刚石表面,观测到上述振动模式所发生的同位素位移。将金刚石表面加热至900℃后,各种振动模式全部消失,这时吸附氢原子全部脱去,金刚石表面的悬键变成平躺在表面上,导致金刚石表面石墨化。由于石墨化后π-带的作用,在损失谱上出现一个非弹性的、连续的损失峰结构。我们用UPS和AES技术进一步证实了脱氢后金刚石表面的石墨化。 关键词：     

乙炔分子的振动模型

乙炔分子振动不仅有经典力学的教学意义,对其分子振动信息的检测和分析还可直接应用于乙炔的浓度检测、光谱分析等。本文通过引入直线型三原子分子振动模型中的角簧概念,并在该三原子分子振动模型的基础上作进一步延伸,建立了乙炔分子振动的一个模型。并讨论了乙炔分子伸缩和弯曲两种振动模式,由此计算出乙炔分子在伸缩以及弯曲振动模式下分别对应的本征振动频率,并采用多组实验数据进行验证,模型预测结果与文献实验数据吻合较好。     

Na_5Eu(WO_4)_4,Na_5Eu(MoO_4)_4和NaEu(MoO_4)_2的振动光谱和Eu~(3+)的~5D_1和~5D_2荧光发射的猝灭

测量了高稀土浓度化学计量基质发光材料Na_5Eu(WO_4)_4,Na_5Eu(MoO_4)_4和NaEu(MoO_4)_2的拉曼和红外光谱。用位置群分析法分析了它们的品格振动模式的对称性分类,并参照有关白钨矿结构材料的结果,对它们的实验振动模确定了归属。这些材料的高能振动模来源于(WO_4)~(2-)或(MoO_4)~(2-)的内拉伸振动,由二个或三个这样的高能声子产生的无辐射弛豫猝灭了Eu~(3+)的~5D_1和~5D_2发射。     

7 K下Ag(100)表面单个卟啉分子的位置依赖针尖增强拉曼光谱研究

本文在低温条件(∽7 K})下对吸附在Ag(100)表面上的单个空心卟啉分子进行了针尖增强拉曼光谱(TERS)研究. TERS光谱的位置依赖特性表明,单个分子内部不同化学组分的局域振动信息是可以区分的;而且进一步的TERS空间成像也表明不同的拉曼谱峰可以具有不同的空间分布特征,它们与相应的振动模式密切相关,甚至能够在亚纳米层次上识别与卟啉芯N-H键有关的振动模式. 这项研究将为深入理解单分子吸附构型的对称性以及单个分子内部的局域振动信息提供有效的手段.     

肽和糖中C?H 和C=O的非谐性相互作用

C?H和C=O是溶液中蛋白质和多肽的结构和动力学的两个探针,利用振动态的二阶微扰处理,研究了C?H和C=O 两种伸缩振动振动模式在肽类和糖类中的非谐性,并考察了高阶力常数在振动模的局域性和非谐性等方面的作用．结果表明C?H振动模是高度局域化的,其对角非谐性常数主要由模自身决定．但对C=O伸缩振动而言,振动模有很大程度的离域化,其对角非谐性常数由模自身及模间相互作用共同决定．研究还发现,氘代分子中的C?D和C=O的非对角非 谐性常数是负的,不同于非氘代分子中的情形;并且,对非对角非谐性常数贡献较大的模间相互     

7K下Ag(100)表面单个卟啉分子的位置依赖针尖增强拉曼光谱研究（英文）

本文在低温条件(～7K)下对吸附在Ag(100)表面上的单个空心卟啉分子·进行了针尖增强拉曼光谱(TERS)研究.TERS光谱的位置依赖特性表明,单个分子内部不同化学组分的局域振动信息是可以区分的;而且进一步的TERS空间成像也表明不同的拉曼谱峰叫以具有不同的空间分布特征,它们与相应的振动模式密切相关,甚至能够在亚纳米层次上识别与卟啉芯N-H键有关的振动模式.这项研究将为深入理解单分子吸附构型的对称性以及单个分子内部的局域振动信息提供有效的手段.     

Bi2ZnOB2O6单晶偏振拉曼光谱

本文通过分析不同几何配置下的偏振拉曼光谱对非线性光学晶体的晶格振动模式进行了研究. 首先根据因子群分析,将晶体的振动模按晶体对称群的不可约表示进行分类,其次测量了晶体在10–1600 cm^-1范围内,不同几何配置下的偏振拉曼光谱,并在此基础上指认了晶体的晶格振动模式. 300 cm^-1以下的振动峰,归结为晶体的外振动,来自[BiO₆],[ZnO₄],[BO₄]和[BO₃]原子基团的平动和转动;300cm^-1以上为晶体的内振动,主要与Bi-O,和Zn-O键振动有关. 晶体拉曼光谱中最高振动频率达到1407 cm^-1,被指认为[BO₃]三角形中B-O键的伸缩振动,体现了[BO₃]基团中高的电子非局域化程度. 关键词： 2ZnOB₂O₆单晶')" href="#">Bi₂ZnOB₂O₆单晶 偏振拉曼光谱 振动模式     

银胶中苯甲酸表面增强拉曼峰强的温度效应

本文测定了银胶中对应于苯甲酸分子不同部分振动模的表面增强拉曼峰强度随温度变化的情形。当温度上升时,表面增强拉曼峰强一般随之降低,但对不同之振动模有着不同的速率。此结果以这样的图象来解释:表面增强拉曼效应是距离(指与银胶颗粒之表面距离)的函数,并且化学与物理机制均起作用,前者为近距离效应而后者为长距离效应。文中半定量地讨论了此二机制对苯甲酸分子不同部分的增强效应的影响。