Structure–Optical Property Relationships of n = 2 Aurivillius–Type Perovskites, Na0.45Bi2.5RE0.05Nb2O9 (RE = Eu, Sm, and Pr)
- 주제어 (키워드) Layered Perovskite , Noncentrosymmetric structure , Second-order Jahn-Teller distortion , Crystal structure , Doping , Second-Harmonic Generation , 층상 페로브스카이트 , 비중심대칭 구조 , 제2차 얀-텔러 뒤틀림 , 결정 구조 , 도핑 , 제2고조파 현상
- 발행기관 서강대학교 일반대학원
- 지도교수 옥강민
- 발행년도 2022
- 학위수여년월 2022. 2
- 학위명 석사
- 학과 및 전공 일반대학원 화학과
- 실제 URI http://www.dcollection.net/handler/sogang/000000066376
- UCI I804:11029-000000066376
- 본문언어 영어
- 저작권 서강대학교 논문은 저작권 보호를 받습니다.
초록 (요약문)
One of n = 2 Aurivillius-type layered perovskite, Na0.5Bi2.5Nb2O9, consisting of second-order Jahn–Teller distortive cations, namely, the lone pair cation, Bi3+, and the octahedrally coordinated d0 transition metal cation, Nb5+, with macroscopic noncentrosymmetric structure has been studied for its ferroelectricity and piezoelectricity. We have focused on the nonlinear optical (NLO) properties of Na0.5Bi2.5Nb2O9 and redetermined the crystal structure by single crystal X-ray diffraction. Additionally, Na0.45Bi2.5RE0.05Nb2O9 (RE = Eu, Sm, and Pr), have been synthesized by standard solid-state reactions through Eu, Sm, and Pr rare earth doping. Detailed structural analyses reveal that Na0.5Bi2.5Nb2O9 and Na0.45Bi2.5RE0.05Nb2O9 are isostructural to each other and crystallize in the noncentrosymmetric polar orthorhombic space group Cmc21 (no. 36). Powder second-harmonic generation (SHG) measurements indicate that while Na0.5Bi2.5Nb2O9 reveals a very large SHG efficiency of 9 times that of KH2PO4, that of Na0.45Bi2.5RE0.05Nb2O9 decreases abruptly upon doping. A careful structural analysis suggests that the net moment arising from the alignment of polyhedra of an asymmetric lone pair cation, Bi3+, is crucial for the very large SHG efficiency of Na0.5Bi2.5Nb2O9. Characterizations including infrared and ultraviolet−visible spectroscopy analysis, thermogravimetric analysis, energy-dispersive analysis by X-ray, and photoluminescence measurements along with electronic structure calculations for the title materials will be discussed.
more초록 (요약문)
비공유 전자쌍을 가지는 양이온 Bi3+, 6배위된 d0 전이금속 양이온 Nb5+와 같은 제2차 얀-텔러 뒤틀림 양이온의 단위체로 구성되어 거시적인 비중심대칭 구조를 가지는 n = 2 Aurivillius 타입의 층상 페로브스카이트 Na0.5Bi2.5Nb2O9는 그 강유전성과 압전성에 대해 연구된 바 있다. 이에 Na0.5Bi2.5Nb2O9의 비선형광학적 특성에 주목하였고, 단결정 X선 회절 분석기를 통해 그 결정 구조를 새롭게 규명하였다. 추가로, 고체상태 합성법을 통해 희토류 원소인 Eu, Sm, 그리고 Pr을 도핑하여 Na0.45Bi2.5RE0.05Nb2O9 (RE = Eu, Sm, 그리고 Pr)로 표현되는 새로운 물질을 합성하였다. 자세한 구조분석을 통해 Na0.5Bi2.5Nb2O9와Na0.45Bi2.5RE0.05Nb2O9 는 서로 동등한 구조를 가지며 극성 비중심대칭 사방정계 공간군 Cmc21 (36번)으로 결정화됨을 알 수 있었다. 분말 제2고조파 특성 분석 결과 Na0.5Bi2.5Nb2O9는 KH2PO4의 9배에 달하는 굉장히 큰 효율을 보이는 반면, Na0.45Bi2.5RE0.05Nb2O9에서는 도핑 이후 그 효율이 급격히 떨어지는 것을 확인하였다. 세심한 구조분석을 통해 비대칭 비공유 전자쌍 양이온 Bi3+ 다면체의 정렬로부터 기인한 순수 쌍극자 모멘트가 Na0.5Bi2.5Nb2O9의 큰 제2고조파 효율에 주요하게 기여함을 알았다. 이 외에 적외선 분광법, 자외선-가시광선 분광법, 열무게 분석, 에너지 분산형 X선 분광법, 광 루미네선스, 전자구조 계산 등에 대한 결과에 대해 논의하고자 한다.
more