具非線性光學應用之新穎金屬硫化物開發

Translated title of the thesis: The Development of New Metal Chalcogenides with Nonlinear Optical Properties
  • 江 冠諠

Student thesis: Master's Thesis

Abstract

本篇論文利用助熔長晶法,發展了二個具硫族光學非線性展潛力的化合物系統。分別為系統(I) Ba-M-Ga-S-O(M = K、Rb、Cs)、系統(II) CuZnInxGa3-xS6 (x= 0、0 5、1、1 5、2、2 5、3)。 在系統(I) Ba-M-Ga-S-O (M = K、Rb、Cs)中成?合成出,具非對稱中心的新穎結構金屬硫氧化合物。 合成出來的化合物是等結構置換關係。晶系(crystal system)為Trigonal P321,晶格常數(cell constant) a = 16 9125 ? ,c = 9 1109 ?,? = 90°,β = 90°,γ = 120°。結構的骨架是由GaO4與GaSO3四面體以共用角方式相互鍵結,形成[Ga6S3O13]與[Ga6S3O19]兩種巨大三角形團簇(cluster)。[Ga6S3O13]團簇以三個頂點的S向ab平面延伸,形成六角形骨架,。[Ga6S3O19]團簇則位於六角柱的中心內,整體結構的團簇排列具有整齊的方向性。團簇中心具有孔洞結構,且部分孔洞填充M+陽離子。另外此系統結構可以同時以P321和P6 ?2m描述而無法單以單晶X光繞射數據分辨,最後我們利用物理性質結果去反證結構,以測量具旋光性與否即可判斷空間群。 系統(II) CuZnIn3-xGaxS6(x= 0、0 5、1、1 5、2、2 5、3)中最先設計並且得到的為CuZnIn3S6,其晶系(crystal system)為Trigonal P-3m1,晶格常數(cell constant) a =3 8748? ,c = 18 7764 ?,? = 90°,β = 90°,γ = 120°。結構為以InS8由八面體為中心,連接兩旁MS4(M=Cu or Zn)和InS4四面體,形成一對稱的層狀結構。雖然其結構是P-3m1屬於中心對稱(centrosymmetry),但藉由論文搜索,可以發現Zn-In-S的層狀結構有?多不同的變化且有容納部分原子取代的能力,所以我們設計了以不同比例Ga取代結構中的In,希望誘發出新擁有非對稱中心結構的化合物,因而發展了系統(II)。而後續因此得到CuZnGa0 5In2 5S6、CuZnGaIn2S6 、CuZnGa1 5In1 5S6、 CuZnGa2InS6 CuZnGa2 5In0 5S6和CuZnGa3S6系列晶體,但這系統礙於Cu、Zn和Ga因在週期表上相鄰,僅僅相差一個電子,導致儀器會無法分辨這三個元素,造成沒辦法依靠單晶 X 光繞射儀取得晶體的切確結構。而經由EDS及PXRD 之初步鑑定,在x= 0時晶系(crystal system)保持著Trigonal P-3m1,而當 x≧1 時晶系則轉變為Trigonal P 3(2)21。證實結構確實會因為取代比例的不同,而由中心對稱的P-3m1轉為非中心對稱的P 3(2)21。 此外Ga/In的取代比例造成結構上的變化也是值得探討的一點。而外觀的顏色與Band gap大小變化的一致性,表示我們可以藉由調控Ga/In在結構中的比例,來控制Band gap以設計出我們所需要的非線性光學應用波段。接下來除了後續各種非線性光學性質的測試,更重要的是必需要找尋其他更適當的方式,像是中子繞射儀等等,來取得此系列精細的結構。
Date of Award2016 Aug 8
Original languageChinese
SupervisorKuei-Fang Hsu (Supervisor)

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