Optical-phonon anisotropies in layered crystals

Summary

We have used infra-red reflectivity to investigate the nature of the intralayer bonding forces in a variety of layered crystals. Analysis of the reflectance spectra of PbI₂, CdI₂, SnS₂ and SnSe₂ indicates significant anisotropies in the frequencies of the long-wave-length TO phonons: the frequency of theA _2u mode for out-of-plane atomic displacements (E‖c) is greater than that of theE _u mode for in-plane displacements (E⊥c). For CdI₂-structured crystals, these frequency differences can be attributed to dipolar interactions and as such provide a measure of the charge localized on the atomic sites. The analysis is extended to the group IVB and VIB transition metal dichalcogenides. The IVB crystals, ZrS₂, HfS₂, etc., are found to be substantially more ionic,f _i∼0.5, than the group VIB crystals, MoS₂, WS₂, etc.,f _i∼0.1.

Riassunto

Si è usata la riflettività infrarossa per studiare la natura delle forze di legame fra gli strati in una varietà di cristalli stratificati. L’analisi degli spettri di riflettanza del PbI₂, CdI₂, SnS₂ and SnSe₂ indica anisotropie significative alle frequenze dei fononi TO di grande lunghezza d’onda; la frequenza del modoA _2u, per spostameati atomici al di fuori del piano (E‖c) è maggiore di quella del modoE _u per spostamenti dentro il piano (E⊥c). Si possono attribuire queste differenze di frequenza per cristalli aventi la struttura del CdI₂ ad interazioni dipolari e come tali esse forniscono una misura della carica localizzata nei siti atomici. Si estende l’analisi ai dicalcogenidi dei metalli di transizione dei gruppi IVB e VIB. Si trova che i cristalli IVB, ZrS₂, HfS₂, etc., sono sostanzialmente più ionici,f _i∼0.5, nei cristalli del gruppo VIB, MoS₂, WS₂, etc.,f _i∼0.1.

Резюме

Мы используем инфракрасное отражение для исследования природы сил связи внутри слоев в ряде слоистых кристаллов. Анализ спектров отражения для PbI₂, CdI₂, SnS₂ и SnSe₂ указывает на сущестанные анизотропии в частотах длинноволновых TO фононов. Частота модыA _2u для атомных смещений вне плоскости (E‖c) оказывается больше, чем модаE _u смещений в плоскости (E⊥c). Для кристаллов типа CdI₂ указанные разности частот могут быть приписаны биполярным взаимодействиям и тем самым обеспечить измерение заряда, локализованного в узлах. Предложенный анализ обобщается на дихалкогениды переходных металлов групп IVB и VIB. Обнаружено, что кристаллы группы IVB, ZrS₂, HfS₂ и дп., оказываются существенно более ионными,f _i∼0.5, чем кристаллы группы VIB, MoS₂, WS₂ и др.,f _i∼0.1.