Ukrainian Journal of Physical Optics 

Home page
 
 

Other articles 

in this issue
Peculiarities of Raman scattering in nanometric superionic conductors Cu6PS5Br
1Studenyak I.P., 1Buchuk R.Yu., 2Kranjčec M., 1Stephanovich V.O., 1Panko V.V., 3Kokenyesi S.

1Uzhhorod National University, 46 Pidhirna St., 88000 Uzhhorod, Ukraine
2Geotechnical Department Varaždin, University of Zagreb, 7 Hallerova Aleja, 42000 Varaždin, Croatia
3University of Debrecen, 18/a Bem tér, 4028 Debrecen, Hungary; 

download full version

Superionic conductors Cu6PS5Br are obtained in nanocrystalline state with ball-milling. Phonon spectra of micro- and nano-powders are studied using Raman spectroscopy. Due to reduction of crystallite size, we have observed essential low-frequency shifts of the Raman scattering bands, broadening of the latter and the corresponding intensity decrease. Specific features of the Raman spectra of nanometric superionic conductors are explained predominantly by their surface phonon modes.

Keywords: nanocrystals, superionic conductors, Raman scattering

PACS: 63.50.+x; 78.30.Hv
UDC: 535.36
Ukr. J. Phys. Opt. 10 150-156 
doi: 10.3116/16091833/10/3/150/2009
Received: 08.04.2009

Анотація. Суперіонні провідники Cu6PS5Br були отримані у нанокристалічному стані з використанням кульового млину. Методом спектроскопії комбінаційного розсіяння світла досліджено фононні спектри мікро- і нанорозмірних порошків. При зменшенні розміру кристалів нами спостерігався суттєвий зсув смуги комбінаційного розсіяння у низькочастотну область, її розширення і відповідне зменшення інтенсивності. Особливості поведінки спектрів комбінаційного розсіяння світла нанорозмірних суперіонних провідників пояснені домінуючим впливом поверхневих фононних мод.

REFERENCES
  1. Kuhs W F, Nitsche R and Scheunemann K, 1978. The crystal structure of Cu6PS5Br, a new superionic conductor. Acta Cryst. B 34: 64-70. doi:10.1107/S0567740878002307
  2. Nilges T and Pfitzner A, 2005. A structural differentiation of quaternary copper argirodites: Structure – property relations of high temperature ion conductors. Z. Kristallogr. 220: 281-294. doi:10.1524/zkri.220.2.281.59142
  3. Studenyak I P, Kovacs Gy Sh, Orliukas A S and Kovacs E T, 1992. Temperature variations of dielectric and optical properties in Cu6PS(Se)5Hal superionics and ferroelastics in the range of phase transitions. Izv. AN SSSR, Ser. Fiz. 56: 86-93.
  4. Studenyak I P, Stefanovich V O, Kranjčec M, Desnica D I, Azhnyuk Yu M, Kovacs Gy Sh and Panko V V, 1997. Raman scattering studies of Cu6PS5Hal (Hal=Cl,Br,I) fast-ion conductors. Solid State Ionics 95: 221-225. doi:10.1016/S0167-2738(96)00477-8
  5. Haznar A, Pietraszko A and Studenyak I P, 1999. X-ray study of the superionic phase transition in Cu6PS5Br. Solid State Ionics 119: 31-36. doi:10.1016/S0167-2738(98)00479-2
  6. Fiechter S, Eckstein J and Nitsche R, 1983. Vapour growth of argyrodite-type ionic conductors Cu6PS5Hal. J. Cryst. Growth 61: 275-283. doi:10.1016/0022-0248(83)90363-9
  7. Skritskii V, Valyavichus V, Samulionis V, Studenyak I P, Kovacs Gy Sh and Panko V V, 1989. Temperature dependences of elastic properties in Cu6PS5Br superionic single crystals. Fiz. Tverd. Tela 31: 234-236.
  8. Samulionis V, Banys J, Vysochanskii Y and Studenyak I, 2006. Investigation of ultrasonic and acoustoelectric properties of ferroelectric-semiconductor crystals. Ferroelectrics 336: 29-38. doi:10.1080/00150190600695255
  9. Kaynts D I, Studenyak I P, Nebola I I and Horvat A A, 2003. Ferroelastic domains in Cu6PS5X (X = I, Br, Cl) crystals. Ferroelectrics 290: 23-27. doi:10.1080/00150190390222240
  10. Studenyak I P, Kranjčec M, Suslikov L M, Kovacs Gy Sh and Hadmashy Z P, 2002. Birefringence in Cu6PS5Br crystals. Ukr. Fiz. Zhurn. 47: 447-450.
  11. Girnyk I, Kaynts D, Krupych O, Martunyuk-Lototska I and Vlokh R, 2003. x,T- phase diagram of the Cu6PS5IxBr1-x mixed crystals. Optical, dilatation and ultrasonic velocity studies. Ukr. J. Phys. Opt. 4: 147-153. doi:10.3116/16091833/4/3/147/2003
  12. Studenyak I P, Kranjčec M, Kovacs Gy Sh, Panko V V, Azhnyuk Yu M, Desnica I D, Borets O M and Voroshilov Yu V, 1998. Fundamental optical absorption edge and exciton-phonon interaction in of Cu6PS5Br superionic ferroelastic. Mat. Sci. Engin. B 52: 202-207. doi:10.1016/S0921-5107(97)00278-X
  13. Studenyak I P, Kranjcec M, Kovacs Gy Sh, Panko V V, Desnica I D, Slivka A G and Guranich P P, 1999. The effect of temperature and pressure on the optical absorption edge in Cu6PS5X (X= Cl, Br, I) crystals. J. Phys. Chem. Sol. 60: 1897-1904. doi:10.1016/S0022-3697(99)00220-6
  14. Kranjčec M, Studenyak I P, Kovacs Gy Sh and Mitrovcij V V, 2002. Compositional disordering and some structural and optical parameters of Cu6P(S1-xSex)5Br mixed crystals. Mat. Sci. Engin. B 95: 107-110. doi:10.1016/S0921-5107(02)00157-5
  15. Studenyak I P, Stephanovich V O, Bilanchuk V V, Panko V V and Studenyak Ya I, 2004. Influence of structural disordering on phonon and electron spectra of Cu6+δPS5Br superionic crystals. Func. Mat. 11: 363-366. 
  16. Ingale A and Rustagi K C, 1998. Raman spectra of semiconductor nanoparticles: Disorder-activated phonons. Phys. Rev. B 58: 7197-7204.doi:10.1103/PhysRevB.58.7197
  17. Hwang Y N, Park S H and Kim D, 1998. Size-dependent surface phonon mode of CdSe quantum dots. Phys. Rev. B 59: 7285-7288. doi:10.1103/PhysRevB.59.7285
  18. Gomonnai A V, Voynarovych I M, Solomon A M, Azhniuk Yu M, Kikineshi A A, Pinzenik V P, Kis-Varga M, Daroczy L and Lopushansky V V, 2003. X-ray diffraction and Raman scattering in SbSI nanocrystals. Mat. Res. Bull. 38: 1767-1772. doi:10.1016/S0025-5408(03)00181-8
  19. Ruppin R, 1975. Thermal fluctuations and Raman scattering in small spherical crystals. J. Phys. C: Solid State Phys. 8: 1969-1978. doi:10.1088/0022-3719/8/12/021
(c) Ukrainian Journal of Physical Optics