角度分辨偏振与变温拉曼光谱揭示PbCrO4/LAO薄膜分子振动特性与各向异性

推荐：研究人员针对铅铬酸盐(PbCrO4)分子振动特性研究空白，采用脉冲激光沉积(PLD)制备定向薄膜，通过超低频拉曼光谱鉴定16种振动模式，结合角度分辨偏振拉曼光谱(ARPRS)揭示材料各向异性，发现其温度系数(χ)低至?0.0924 cm?1 K?1，为高温稳定颜料和取向光催化剂设计提供理论依据。

　　

在能源危机与环境问题日益严峻的背景下，高效利用太阳能成为研究热点。铅铬酸盐(PbCrO₄)因其窄带隙、高光催化活性等特性，在光电领域展现出巨大潜力。然而，既往研究多聚焦其应用性能，对其分子振动特性与结构各向异性等基础科学问题缺乏深入探索。这导致材料在高温环境下的稳定性机制、晶体取向与性能关联等关键问题尚未阐明，严重制约了其在高性能光电器件中的精准设计。

为解决这一科学瓶颈，中国科学院的研究团队在《RSC Advances》发表创新成果。他们采用脉冲激光沉积(PLD)技术在LaAlO₃(LAO)衬底上制备了高度取向的PbCrO₄薄膜，通过超低频拉曼光谱(ULF)、角度分辨偏振拉曼光谱(ARPRS)和变温拉曼光谱等多维度表征手段，系统解析了材料的本征振动特性与热力学行为。

关键技术方法
研究通过PLD制备薄膜后，采用X射线衍射(XRD)和原子力显微镜(AFM)验证晶体质量，利用配备超低频模块的共聚焦拉曼光谱仪，在77-300K温度范围内采集多波长(473/532/632.8 nm)拉曼信号。通过建立偏振光入射角与拉曼强度的数学模型，解析晶体取向与振动模式对称性的关联。

研究结果

3. Result and discussion

1. 材料表征显示PbCrO₄薄膜具有单斜晶系结构(P2₁/n空间群)，XRD摇摆曲线半高宽仅0.192°，AFM显示291 nm均匀柱状晶粒，证实高质量外延生长。
2. 超低频拉曼光谱首次鉴定出16种振动模式，包括34 cm^?1的低频层间振动和823 cm^?1的高频Cr-O伸缩振动，多波长实验发现1669 cm^?1峰符合共振拉曼增强规律。
3. ARPRS分析揭示A_g振动模式强度随激光入射角呈90°周期性变化，通过拉曼张量拟合成功定位晶体主轴方向，为无损检测薄膜取向提供新方法。
4. 变温实验显示137.9 cm^?1和147.7 cm^?1模具有最大温度系数(?0.0924 cm^?1 K^?1)，而其他模χ值普遍较小，归因于层间弱范德华力和电子-声子耦合效应。

4. Conclusion
该研究通过创新性光谱学方法体系，首次建立了PbCrO₄分子振动特性与宏观性能的构效关系。发现其超低温度敏感性(?0.0053至0.0053 cm^?1 K^?1)源于独特的电子-声子相互作用机制，这一特性使其成为高温稳定颜料的理想候选。ARPRS技术的成功应用，为二维材料各向异性研究提供了普适性方法学参考。研究成果不仅填补了铅铬酸盐基础物性研究的空白，更为设计取向依赖的光电器件奠定了科学基础。