Die optischen Eigenschaften von YHx-Filmen (0<= x <= 3) im Bereich der Phononenabsorption

Rode, Martin

Das Thema dieser Arbeit war die Untersuchung der optischen Eigenschaften von dünnen YHx-Filmen im infraroten, sichtbaren und ultravioletten Spektralbereich. Aus den Transmissions- und Reflexionsspektren konnten die optischen Konstanten der Alpha-, Beta- und Gamma-Phase bestimmt werden. Um bis in die Gamma-Phase zu beladen, wurden die Filme mit Pd abgedeckt. In den IR-Spektren der Filme tauchen Phononenübergänge während des Metall-Isolator-Übergangs vom YH2 zum YH3 auf. Aus der Analyse der Phononenübergänge sind deren TO- und LO-Frequenzen bestimmt worden, woraus die effektive Born- und Szigeti-Ladung berechnet wurden. Aus dem Wert der Szigeti-Ladung ist das Bindungsverhalten der Ionen ermittelt worden und es konnte bewiesen werden, dass es zur Bildung von negativ geladenen Wasserstoffionen im YH3 kommt. Desweiteren wurde die Temperaturabhängigkeit der Phononenenergien untersucht. Somit konnten die Grüneisenparameter und anharmonischen Konstanten bestimmt werden. Die Energieverschiebung der IR-aktiven Phononenübergänge wird in erster Linie durch die Ausdehnung des Substrats bestimmt, wohingegen anharmonische Effekte eine eher untergeordnete Rolle spielen. Im anderen Teil der Arbeit sind in-situ gewachsene YHx-Filme ohne Pd-Schutzschicht bis in die Beta-Phase untersucht worden. Die superstöichiometrischen YH2-Filme zeigen dabei einen ausgeprägten temperatur- und konzentrationsabhängigen Übergang nahe der Fermi-Energie. Das Auftreten und die Energieverschiebung dieses Übergangs lässt sich durch zwei unterschiedliche Modelle als Vorläufer des Metall-Isolator- Übergangs interpretieren. Entscheidend ist dabei der Einfluss von Wasserstoff- Ordnungsprozessen. Beide Modelle unterstützten dabei Theorien starker Elektronen- Korrelation. Ferner wurde der Einfluß von Oxidation auf YHx-Filme und deren Kristallinität sowie die Dünnschicht-Eigenschaften und das Hydrierungsverhalten von Pd-Filmen untersucht.

The aim of this work was to investigate the optical properties of YHx thin films in the infrared (IR), visible and ultra-violet (UV). From transmission and reflection spectra the optical constants of the alpha, beta and gamma phase have been derived. To obtain the gamma phase the films are capped with Pd. The IR spectra of these films show the appearance of phonon lines during the metal insulator transition from YH2 to YH3. An analysis of the phonon lines, gives their TO and LO frequencies, so that the Born and Szigeti effective charges have been calculated. From the values of the Szigeti charges the ionicities of the ions have been obtained and they proof the formation of negatively charged hydrogen in YH3. Furthermore the temperature dependences of the phonon energies were studied. Thus the Grüneisenparameter and anharmonic constants are determined. The energy shifts of the IR active lines are mainly caused by the thermal expansion of the substrate while anharmonic effects are weak. In the other part of this work in-situ grown YHx films up to the beta phase with missing Pd layer are studied. The superstoichiometric YH2 films reveal a pronounced temperature and concentration dependent transition near the Fermi energy. The appearance and energy shift of this transition is explained with two different models as a precursor of the metal insulator transition due to hydrogen ordering processes. Both models support the assumption of strong electron correlation theories. Additionally, the influence of oxidation to the YHx films and their crystallinity has been discussed, just as the thin film and hydrogenation properties of Pd films.

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Rode, Martin: Die optischen Eigenschaften von YHx-Filmen (0<= x <= 3) im Bereich der Phononenabsorption. 2004.

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