Коливні та електронні властивості полімеризованих металами фулеритів С60

Показано, что в результате легирования карбидообразующими атомами титана, возникает ковалентная межмолекулярная связь, т.е. полимеризация за счёт гибридизации электронных состояний атомов углерода и титана. Показано, что легирование фуллеритов титаном приводит к полимеризации фуллеритов на стадии напыления образцов - это отражается в значительных изменениях рамановских спектров. В первую очередь это проявляется в значительном расширении полос межмолекулярной связи близ частоты 954см-1, Hg(7) (1424см-1), Hg(8) (1573см-1), и смещении пинч-моды Ag(2). С ростом концентрации атомов титана наблюдается не только трансформация указанных полос отмеченных колебательных мод, а имеет место также деградация полосы Ag(2) и сильный рост фона, которые свидетельствуют о значительных искажениях молекул С60. Такие трансформации указывают на изменения типа межмолекулярного соединения или появления карбидных фаз за счет разрушения фуллеритов. Последнее возможно вследствие возникновения гибридизации 2р-орбиталей фуллеритов и 3d-уровней титана и образование нового типа межмолекулярной связи в виде «земляного ореха» или структур Р55, Р56, Р66.

Допирование фуллеритов атомами титана приводит к значительным изменениям спектров фотолюминесценции. Особенностью этих изменений проявляется в появлении широкого размытого пика на всём интервале фотолюминесценции, вызванной рекомбинацией триплетных и синглетных экситонов Френкеля. С увеличением концентрации атомов титана в системе С60-Ті появляется дополнительный пик, который соответствует возникновению экситонов с переносом заряда.

В широких границах концентраций атомов титана от 8 до 15 вес.%, допированных в фуллериты С60 спектр оптической проводимости изменяется не значительно. В пределах запрещенной зоны (до 2,46 эВ) имеют место несколько полос оптической проводимости у(Е) в близи энергий 1,25 эВ, 1,75 эВ. Указанные полосы относятся к молекулярным переходам, связанным с возникновением ковалентных межмолекулярных связей, ответственных за появление полимеризованных структур. Первая из них обусловлена за счет сложных димеров со структурой Р55(D3h), Р56(C3h), Р66(D3d), а вторая характерна для триплетных состояний молекул С60. Присутствие таких полос в системах С60-Cu, C60-Ag наблюдается лишь для высоких концентраций допированных компонент и в случае высокоэнергетического электронного облучения, которое указывает на особую карбидообразующую роль атомов титана.

Ключевые слова: фуллерены, пленки, кристаллическая структура, комбинационное рассеяние света, фотолюминесценция, оптическая проводимость, полимеризация.

Summary

Popenko V.I. "Oscillatory and electronic features of fullerites C60 polymerized by metals". -Manuscript.

Thesis to the obtained of the scientific degree of Candidate of Physics and Mathematical Sciences in speciality 01.04.07 - solid state physics. - the Kyiv National Shevchenko University, Kyiv 2008.

The crystal structure, electronic and vibrational spectra of the condensed C60 films, alloyed by Cu, Ag and Ti atoms. The spectra of optical conductivity and Raman scattering for the C60 fullerene films, doped by the copper and titanium atoms, having the different tendency toward the formation of carbide phases are investigated. Obtained spectral data testify about the hybridization of metallic d- and molecular p-orbitals, which leads to the different structural manifestations of polymerization in the dependence on the impurity type.

The doping of C60 fullerites with the metal atoms leads to the reconstruction of the spectra of optical conductivity and Raman scattering. However, both types of spectra essentially differ for Cu and Ti and depend on their content. The indicated changes are caused by the new mechanisms of intermolecular interaction in fullerites, connected with the hybridization of metallic d- and molecular p-orbitals, although the different structural changes, connected with the polymerization of molecules, are its result too.

Key words: fullerenes, films, crystal structure, Raman scattering, photoluminescence, optical conductivity, polymerization.

Размещено на Allbest.ru