4H-BaRuO₃박막의 온도 변화에 따른 비탄성 광산란 연구

Abstract

4H-BaRuO_(3) 박막에 대한 라만 스펙트라를 5K과 700k 사이의 여러 온도에서 측정하였다. 이 라만 스펙트럼은 일반적인 포논 들뜸 뿐만 아니라 전자에 의한 낮은 에너지 들뜸을 보여준다. 라만 스펙트라는 날카로운 포논 피크들 뿐만 아니라 전자 산란에 의한 400㎝^(-1) 근처의 넓은 피크를 보여준다. 400㎝^(-1) 근처에 있는 전자 라만 피크의 세기는 온도가 낮아짐에 따라 감소한다. 전자피크의 세기 감소는 전하 밀도파 간격의 요동에 기인된 것으로 보인다. 이 간격은 선행된 적외선 분광법으로 측정된 결과로부터 제안된 바 있다. 20㎝^(-1)와 160㎝^(-1) 사이의 전자 라만 산란의 적분 세기의 온도 의존도는, 플라즈마 진동수 제곱의 온도에 따른 변화와 밀접한 관계에 있다. 이러한 사실은 낮은 진동수(160㎝^(-1) 이하)에서 라만 신호의 증가가, 적외선 측정에서 보여진 전도 전자 밀도의 감소에 의한 쿨롱가리기의 감소와 직접적으로 관련되어있음을 보여준다. 낮은 온도(약 80K 이하)에서 45㎝^(-1)에 새로운 피크가 나타났다. 이 피크의 정확한 원인은 알 수 없으나 전하 밀도파와 어떤 연관이 있는 것으로 보인다. 더 낮은 온도에서 포논에 의한 라만 피크가 더 높은 진동수로 이동하는 것은 일반적인 경향이다. 그러나, 4H-BaRuO_(3) 박막의 몇몇 라만 피크들, 특히 ab-평면 상 산소들의 진동모드들은 낮은 진동수로 이동하거나 또는 전혀 움직이지 않는다. 반면에 c축 진동으로부터 오는 모드들은 높은 진동수로의 일반적인 이동을 보인다 또한 80K 이하에서 244㎝^(-1)에 있는 피크는, 적분 세기는 일정하게 유지한 채, 두 개의 피크로 갈라진다. 이러한 변화들은 80K 이하에서 전하 밀도파 요동의 해석과 일치한다. 왜냐하면 전하 밀도파 요동은 4H-Ba RuO_(3)의 결정구조의 전체적인 대칭성은 유지하면서 ab-평면의 국소적인 변형을 일으킬 수 있기 때문이다.;Raman spectra of a thin film 4H-BaRuO_(3) are measured at various temperatures between 5 K and 700 K. The Raman spectra do show low energy excitations due to electrons as well as the usual phonon excitations. The Raman spectra show a broad peak near 400 cm^(-1) due to electronic scattering besides sharp phononic peaks. The intensity of the electronic Raman peak near 400 cm^(-1) is decreasing as the temperature is lowered. The decrease of the intensity of the electronic peak seems to be due to the fluctuation of the CDW gap, which was suggested from the previous IR measurements. The temperature dependence of the integrated intensity of the electronic Raman scattering between 20 cm^(-1) and 160 cm^(-1) is strongly correlated with the behavior of the square of the plasma frequency as a function of the temperature. This suggests that the increase of the Raman signal at low frequency (below 160 cm^(-1)) is directly related with the decrease of the Coulomb screening due to the reduction of the carrier density as seen in the IR measurements. New peak appears at 45 cm^(-1) in low temperature (below about 80 K). Although its origin is not revealed, this peak seems to be related with the CDW. It is a usual tendency that, at lower temperatures, Raman peaks due to phonons shift to higher frequencies. But some of the Raman peaks of 4H-BaRuO_(3) thin film, especially the vibrational modes involving the oxygens in the ab-plane, shift to lower frequencies or do not shift at all. On the other hand, the modes which come from the c-axis vibrations show the usual shift to higher frequencies. In addition, below 80 K, the peak at 244 cm^(-1) is splitted into two peaks conserving the integrated intensity. These changes are consistent with the interpretation of the CDW fluctuation below 80 K since the CDW fluctuation may result in the local distortion in the ab-plane while keeping the overall symmetry of the crystal structure of the 4H-BaFtuO_(3)