ペロブスカイト型酸化物におけるプロトン伝導の制御とダイナミクスの研究

钙钛矿氧化物质子传导控制与动力学研究

基本信息

批准号：
10740139
负责人：
佐多教子
金额：
$ 1.34万
依托单位：
Tohoku University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Encouragement of Young Scientists (A)
财政年份：
1998
资助国家：
日本
起止时间：
1998 至 1999
项目状态：
已结题

项目摘要

前年度までにレーザーアブレーション法によりMgO(100),Si基板(FTIR-ATR用)上に、プロトン導電性・格子状数の異なるSrCeO_3,SrZrO_3,SrTiO_3を交互に積層させたペロブスカイト型酸化物人工超格子を作製し、超格子にすることで結晶の対称性が向上すること、成長方向・積層周期に依存して歪み量が変化することを明らかにした。また、減衰全反射法(ATR)によって人工格子におけるO-H伸縮振動による赤外吸収を観測し、この方法が人工超格子のプロトンのダイナミクスを調べる手段として有効であることを確かめた。本年度は、このFTIR-ATR法の有効性に着目し、格子歪の異なる試料のO-H伸縮振動を定量的に調べ、格子歪とO-H伸縮振動の関係を定量的に調べた。Si(111)単結晶基板上に作製した人工超格子はSrCeO_3,SrZrO_3の[211]方向に成長し、SrCeO_3は面内で圧縮、成長方向に膨張し、逆にSrZrO_3は面内で膨張、成長方向に圧縮していると考えられる。Yb^<3+>をドープしたSrCeO_3,SrZrO_3の人工格子は約3050、3450cm^<-1>を中心とした幅の広いガウシアン型のO-H吸収バンドを示し、これらの吸収強度はSrCeO_3,SrZrO_3の積層比に依存していることから、低波数側、高波数側のバンドはそれぞれ主にSrZrO_3、SrCeO_3が寄与していると結論づけた。また、これらの中心波数は人工超格子の周期長の減少とともに低下し、その割合はSrCeO_3,SrZrO_3の積層比に依存する。つまり、格子歪が変化するとO-H結合の強さが変化することが確かめられた。一方、この実験で採用した測定条件では成長方向の振動成分に対して感度が高い。このこととSrCeO_3,SrZrO_3の格子の長さの変化から考察すると、人工超格子中のプロトンが水素結合的にO-O間に存在することを裏付ける傾向を示した。

去年，我们利用激光烧蚀方法在MgO（100）和Si衬底（用于FTIR-ATR）上制备了具有不同质子传导率和晶格数的SrCeO_3、SrZrO_3和SrTiO_。我们制作了3个交替堆叠的钙钛矿型氧化物人工超晶格，发现通过制作超晶格，晶体的对称性得到改善，并且应变量根据生长方向和堆叠周期而变化。我们还使用衰减全反射（ATR）观察了人造晶格中O-H伸缩振动引起的红外吸收，并证实该方法作为研究人造超晶格中质子动力学的手段是有效的。今年，我们重点关注这种FTIR-ATR方法的有效性，定量研究了不同晶格应变样品的O-H伸缩振动，定量研究了晶格应变与O-H伸缩振动之间的关系。在Si(111)单晶衬底上制备的人造超晶格沿SrCeO_3和SrZrO_3的[211]方向生长，SrCeO_3在平面内压缩并在生长方向上膨胀，反之，SrZrO_3在平面内膨胀和生长。认为它在方向上被压缩。掺杂Yb^<3+>的SrCeO_3和SrZrO_3的人工晶格表现出宽高斯型O-H吸收带，中心位于约3050和3450cm^-1>，并且这些由于吸收强度取决于SrCeO_3和SrZrO_3的堆积比，因此可以得出结论，低波数侧和高波数侧的谱带分别主要由SrZrO_3和SrCeO_3贡献。而且，这些中心波数随着人工超晶格周期长度的减小而减小，其速率取决于SrCeO_3和SrZrO_3的堆叠比。即，确认了O-H键的强度随着晶格应变的变化而变化。另一方面，本实验采用的测量条件对生长方向的振动分量高度敏感。考虑到这一点以及SrCeO_3和SrZrO_3晶格长度的变化，显示出支持人工超晶格中的质子以氢键形式存在于O-O之间的趋势。