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用Bilbao Crystallographic Server网站判断晶体的红外和拉曼活性

已有 12199 次阅读 2017-5-9 21:06 |系统分类:科研笔记| 红外, 对称性, 拉曼, 声子振动

红外和拉曼光谱是表征Γ点声子振动和固体结构的一种有效手段,而判断声子模式的对称性是研究红外和拉曼光谱的基础。比如在做拉曼实验之前,首先要根据对称性判断:(1)要测的材料是否有拉曼活性模?(2)有多少个拉曼峰?(3)如果做偏振拉曼实验,不同的偏振方向得到的是什么模式的拉曼散射光?(4)声子模式对应怎样的原子振动?……

Bilbao Crystallographic Server网站(http://www.cryst.ehu.es/)里的IR Ramanand Hyper-Raman Modes (http://www.cryst.ehu.es/rep/sam.html)模块是一个十分方便且强大的分析红外和拉曼模式的网站。本博客介绍用IRRaman and Hyper-Raman Modes分析红外和拉曼模式对称性的方法和步骤。

IR Ramanand Hyper-Raman Modes网站需要知道晶体的结构。网站有两种输入结构的方法:1.空间群序号+Wyckoff位置的方法;2.cif文件的方法。两种方法给出的结果都十分类似,这里主要介绍第一种方法。

输入晶体空间群序号点击show,然后再输入原子的Wyckoff位置。


然后你就可以得到以下信息:

1.      点群的特征标表:


如果用方法2从本地导入cif文件,可以得到Γ点声子按照不可约表示进行的分类:


由特征标表和声子的不可约表示就可以判断红外和拉曼活性的模式和个数。

2.      拉曼张量的对称性


3.      红外和拉曼活性模

   表格的含义为每一个Wyckoff位置参各个模式的振动情况,以及每个模式参与振动的原子。比如2d原子参与了A1g, Eg, A2u,Eu振动,A1g只有2d原子参与 。

4.      不同的偏振配置得到的拉曼峰

在偏振拉曼实验中,并不是所有的拉曼活性模都能够观察到的。入射光和散射光必须满足一定的几何关系时,有活性的拉曼模才可以被探测到。这种入射光和反射光的几何关系,可以从上面的拉曼张量推演出来,也可以点击Thepolarization selection rules for Raman…链接了解,如下图所示,其中第一列为实验几何配置的Porto'snotation表示。关于Porto'snotation可以参考网站所给的链接,或者参考下面的解释:



5.      每个声子模式的原子振动情况

点击More information下的show。在Mechanical Representation部分给出了每一个Wyckoff位置参与的声子模式及次数。没有数字代表这个Wyckoff位置没有参与这个模式的振动。


点击表格Modes里的show,会给出每个模式的具体的原子振动的方向:


比如根据上表可知,A1g模式中的2d原子振动是分别向下(-z1)和向上(z2)。根据原子的振动情况,可以总结并绘出类似于下图的振动模式图(自己总结,非网站给出):

6.       二级红外和拉曼吸收过程需要满足的选择定则

多个声子也可以参与红外吸收和拉曼散射(即多声子红外吸收和拉曼散射,相关物理知识可以参考《晶体振动光谱学》(张光寅等高等教育出版社)的第十章)。点击“Information about second order processes:”,就可以知道二级红外吸收和拉曼散射所需要满足的对称性,如下图所示:

 明:如果研究的材料没有中心反演对称性,那么某些声子模式可能既具有红外活性又具有拉曼活性。在拉曼分析的时候就要十分小心,因为既有红外活性又有拉曼活性的模可能由于LO-TO劈裂出现两个峰(劈裂值有时会很大),在分析光谱时要小心区分。

推荐阅读书籍:

[1]   张光寅, 蓝国祥, 王玉芳, 晶格振动光谱学[M]. 北京: 高等教育出版社, 2001.

[2]   方容川, 固体光谱学[M]. 合肥:中国科学技术大学出版社, 2001.

[3]   徐婉棠, 喀兴林, 群论及其在固体物理中的应用[M].北京:高等教育出版社, 1999.

[4]   朱自莹, 顾仁敖, 陆天虹, 拉曼光谱在化学中的应用[M]. 沈阳:东北大学出版社, 1998.



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2 彭雷 唐刚

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