Спектроскопия комбинационного рассеяния шпинели

В настоящее время одной из наиболее актуальных задач материаловедения является синтез материалов с необходимым комплексом физико-химических свойств.

Термин "шпинель" возник как имя  красного драгоценного камня, хотя камень встречается также в виде различных оттенков розового, фиолетового и синего цветов. Шпинели с глубоким красным цветом часто ошибочно принимают за рубины и другие крупные красные камни. Несмотря на то, рубин и шпинель внешне похожи, периодическое расположение атомов в этих кристаллах отличается. 

Оксиды металлов, имеющих структуру шпинели, AB2O4, являются важными материалами и представляют большой интерес для исследователей.

Шпинельный класс оксидов, AB2O4, где А и В представляют собой различные катионы,а O-кислород, принадлежит к пространственной группе Fd3m (Oh7), с кубической решеткой, состоящей из 8 молекул в элементарной ячейке, в общей сложности из 56 атомов. Эта пространство группа относится к точечной группе О, имеющей характеры представленные в  Таблице 1. Элементарная ячейка шпинели показана на рисунке 1. Из-за большого числа атомов в элементарной ячейке шпинели, он является общим. Тетраэдрическая часть, АО4 состоит из катионов в центре куба и четырех атома кислорода в несмежных углах.Октаэдрических блок состоит из катионов окруженных шестью атомами кислорода, образующих BO6 октаэдр.Тетраэдры в решетке шпинели изолированы друг от друга. Два атома кислорода распределяются между соседними октаэдрами. 

Таблица 1. Таблица характеров точечной группы Oh.

 

Рис.1 Элементарная ячейка шпинели AB2O. Для упрощения показана только передняя часть ячейки.

На кафедре Нанотехнологии Физического факультета ЮФУ в даныый момент изучаются шпинели следующих составов: NiFeCr2O4,NiCr2O4,NiCuCr2O4,CoNiCr2O4,CoCuCr2O4,CoFeCr2O4,CoCr2O4,MnCr2O4 при различных концентрациях компонентов. Исследования проводятся на спектрометре Renishaw.
В ходе исследования были получены сотни спектров КР, а также проведен их анализ. Наибольший интерес представляют спектры CoCuCrO и CoFeCrO с содержанием Cu и Fe относительно Co 10%.

Рис.2 Спектр CoFeCrO          Fe10%

Рис.3 Спектр CoCuCrO    Cu10%

Спектры разного цвета обозначают разные области образца (образец исследовался в случайным образом выбранных точках)

Образование структуры в районе 600см-1 предположительно связано с образованием обратной шпинели, однако исследования в данной области еще ведутся. Работа в данный момент находится в фазе теоретического объяснения спектров и значительные успехи в данной области планируются на конец 2012 года.