CdSe纳米材料拉曼频移的尺寸和温度效应

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长期以来,人们关注于尺寸和温度引起的纳米半导体材料拉曼频移变化的物理机制。实验发现,随着纳米材料尺寸降低或实验温度升高,其光频声子纵向振动模会向低频区移动,并且纳米材料表层原子的振动模要强于块体材料原子。与此同时,纳米颗粒、纳米线/管和纳米薄膜等不同形状的纳米材料在光电子学、生物工程、量子点激光器等方面的应用引人注目,由于它们可调制的光学性能,对纳米材料的形貌的研究发展为凝聚态物理和材料科学中的一个新领域。在这些新奇的性质中,光电性能直接受原子振动的影响。通常情况下,随着纳米材料尺寸的减小或温度的升高,它的拉曼光学模频率会降低。事实上,原子振动的重要性不仅体现在解释电声耦合、声子输运和声子间相互作用的基本原理上,还表现在纳米材料的实际应用中。因此,如何从拉曼光谱中提取有效的信息并建立函数关系来预测材料性能的变化是非常有意义的。在过去的几十年中,大量的计算和实验工作通过结合量子限域效应和声子受限理论对纳米材料拉曼频移的尺寸和温度效应做了相关解释和测试。颇为遗憾的是,这些研究工作多是通过大量可调参数对实验进行拟合,虽然在结果上很匹配,但是这种特定条件下进行的拟合不能对材料性质进行预测。本文将通过对CdSe纳米材料形状、尺寸和温度对其拉曼频移的影响的研究,介绍一种新的模型并揭示拉曼频移的内在物理机制。基于键弛豫理论和局域键平均近似方法建立的这个模型,我们发现由低配位原子引起的化学键的失序、自发收缩和键能增强引起的表层原子弛豫是拉曼频移发生的根本原因。通过这个方法,我们对实验结果的匹配可以得到有效的信息和定量的参数,这些信息可以使我们对材料性能进行预测。
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