[論文レビュー] The Intermediate Phase in Ternary GexAsxSe1-2x Glasses

Tao Qu, Daniel G. Georgiev+2 more|arXiv (Cornell University)|Aug 4, 2003

Phase-change materials and chalcogenides被引用数 7

ひとこと要約

本研究は、x = 0–0.26の範囲でRaman散乱、MDSC、および119Snモスバウ어分光法を用いてAsxGexSe1−2xガラスの中間相を調査した。非逆転エンタルピー（DHnr）とRamanモード周波数のパワー則、ならびに三つの明確に異なる相—機械的フロッピーや中間相、応力がかかる剛性相—を特定した。中間相ではパワー則指数p1 = 1.04(3)を示し、これが有効次元d = 2を示している。

ABSTRACT

Melt-quenched AsxGexSe1-2x glasses over the composition range, 0 < x < 0.26, are examined in Raman scattering, T-modulated Differential Scanning Calorimetry (MDSC), and 119Sn Mossbauer spectroscopy measurements. The non-reversing enthalpy near Tg, DHnr(x), accessed from MDSC shows a global minimum (~ 0) in the xc(1) = 0.09 < x < xc(2) = 0.16 range, and increases by an order of magnitude both at x < xc(1) and at x > xc(2). Raman mode frequency of corner-sharing Ge(Se1/2)4 tetrahedra studied as a function of x, also shows three distinct regimes (or power-laws, p) that coincide with DHnr(x) trends. These regimes are identified with mechanically floppy (x < xc(1)), intermediate (xc(1) < x < xc(2)), and stressed-rigid (x > xc(2)) phases. The Raman elasticity power-law in the intermediate phase, p1 = 1.04(3), and in the stressed rigid phase, p2= 1.52(5), suggest effective dimensionalities of d = 2 and 3 respectively.

研究の動機と目的

• AsxGexSe1−2xガラスのGeおよびAs含有量の変化に伴う機械的および熱力学的挙動を特徴づけること。
• 三元硫属化物ガラスの中間相の存在と境界を同定すること。
• MDSCを用いてTg近傍の非逆転エンタルピー（DHnr）と構造的・動的性質を相関させること。
• Raman分光法のデータを、振動モードのパワー則スケーリングを通じて機械的相分類と結びつけること。
• Ramanデータからのパワー則指数を用いて、中間相の有効次元を特定すること。

提案手法

• 0 < x < 0.26の範囲で、溶融・急冷法を用いてAsxGexSe1−2xガラスを調製した。
• 非逆転エンタルピー（DHnr）を測定するために、温度プログラム型差示走査量熱測定法（MDSC）を用いた。
• 組成に応じた振動モードの分析を目的として、Raman散乱を実施した。特に、コーナー共有型Ge(Se1/2)4四面体の振動モードに注目した。
• 局所的なスズ環境をプローブし、構造モデルの妥当性を検証するために、119Snモスバウエ分光法を適用した。
• Ramanモード周波数の傾向をパワー則（f ∝ x^p）にフィットさせ、中間相と応力がかかる剛性相のそれぞれに対し、指数p1およびp2を抽出した。
• パワー則指数を用いて、スケーリング理論に基づき有効次元（中間相ではd = 2、応力がかかる剛性相ではd = 3）を推定した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 AsxGexSe1−2xガラスの中間相の組成範囲と性質は何か？
• RQ2 Tg近傍の非逆転エンタルピー（DHnr）は組成にどのように依存するか？ また、これは構造的緩和に何を示唆するか？
• RQ3 Ramanモード周波数は組成に対してどのようにスケーリングするか？ そのパワー則指数は、ネットワークの有効次元に何を示唆するか？
• RQ4 DHnrの傾向と、異なる相におけるガラスネットワークの構造的進化の関係は何か？
• RQ5 MDSCとRaman分光法を併用することで、フロッピーフェーズおよび応力がかかる剛性フェーズから中間相を区別できるか？

主な発見

• 非逆転エンタルピー（DHnr）は、組成範囲0.09 < x < 0.16の近傍で全域的に最小値を示し、これが中間相を定義している。
• x < 0.09（フロッピーフェーズ）およびx > 0.16（応力がかかる剛性フェーズ）では、DHnrが1桁上昇しており、相転移が確認された。
• Ramanモード周波数は三つの明確なパワー則領域を示し、それぞれが三つの相に対応している。中間相では指数p1 = 1.04(3)、応力がかかる剛性相ではp2 = 1.52(5)を示した。
• 中間相におけるパワー則指数p1 = 1.04(3)は、有効次元d = 2を示しており、2次元的ネットワーク応答と整合的である。
• 応力がかかる剛性相における高い指数p2 = 1.52(5)は、d = 3を示しており、3次元的で剛性の高いネットワーク構造を反映している。
• DHnrの最小値とRamanパワー則傾向の一致は、機械的および動的性質が特徴的な明確な中間相の存在を確認している。