Raman Light Scattering Study of the Isotopic Construction Effects on the Lattice properties -TO and LO Phonon modes- of CuCl

الملخص

This work expands on our research on isotope effects on phonons to include compound semiconductors. In this article, we concentrate our study on variation of the lattice properties such as lattice dynamics and electronic structure due to the effects of isotope substitution on the CuCl Raman spectra. We fulfilled that by examined ³⁵Cl, ³⁷Cl, ⁶³Cu and ⁶⁵Cu. Unlike elemental semiconductors, compounds whose constituents are isotopically substituted have a substantial dependence on the phonon branch and wave vector q for changes in phonon frequencies and atomic displacements. In the case of CuCl, the substitution of heavy or light atoms has distinct effects on the acoustic and visual branches of the phonon dispersion relations. The significant mass difference between copper and chlorine causes the eigenvectors of the acoustic vibrations to be dominated by copper displacements, while the optic vibrations are dominated by chlorine displacements. Consequently, the phonon frequencies in the visual and acoustic branches can be altered nearly independently, especially at the X point, by employing isotope replacement. At low temperatures, this enables us to examine the effectiveness of the anharmonic decay channels of Γ point optical phonons into lower-lying acoustic bands.

يتوسع هذا العمل في بحثنا حول تأثيرات النظائر على الفونونات ليشمل أشباه الموصلات المركبة. نركز في هذه المقالة على دراسة التغيرات في خصائص الشبكة البلورية، مثل ديناميكا الشبكة والتركيب الإلكتروني، الناتجة عن تأثيرات استبدال النظائر على أطياف رامان لمركب CuCl. وقد تحقق ذلك من خلال دراسة النظائر ³⁵Cl، ³⁷Cl، ⁶³Cu، و⁶⁵Cu. وعلى خلاف أشباه الموصلات العنصرية، فإن المركبات التي يتم فيها استبدال النظائر لعناصرها تُظهر اعتمادًا كبيرًا على فرع الفونون ومتجه الموجة q فيما يتعلق بتغيرات ترددات الفونونات وإزاحات الذرات. في حالة CuCl، يؤدي استبدال الذرات الثقيلة أو الخفيفة إلى تأثيرات متميزة على الفروع الصوتية والبصرية لعلاقات تشتت الفونونات. ويؤدي الفرق الكبير في الكتلة بين النحاس والكلور إلى هيمنة إزاحات النحاس على المتجهات الذاتية للاهتزازات الصوتية، في حين تهيمن إزاحات الكلور على الاهتزازات البصرية. وبالتالي، يمكن تعديل ترددات الفونونات في الفروع البصرية والصوتية بشكل شبه مستقل، خاصة عند نقطة X، باستخدام استبدال النظائر. وعند درجات الحرارة المنخفضة، يتيح لنا ذلك دراسة فعالية قنوات التحلل غير التوافقي للفونونات البصرية عند نقطة Γ إلى نطاقات صوتية منخفضة الطاقة