En este trabajo presentamos los espectros de reflectividad infrarroja a temperatura ambiente y a 80K piara la perovskita distorsionada SrRuO₃. Con las relaciones de Krammers-Kronig calculamos las funciones ópticas y reconstruimos el espectro de reflectividad con un modelo basado en la generalización de la relación de Lyddane- Sachs-Teller y el modelo de Drude. Con estos datos calculamos el número de portadores, la movilidad efectiva y la conductividad óptica, comparando nuestros resultados con los conocidos para diferentes compuestos.Centro de Química Inorgánic

Carbonio, R. E.

Cruz, Fernando P. de la

Cuffini, S.

Massa, Néstor Emilio

Servicio de Difusión de la Creación Intelectual

REFLECTIVIDAD INFRARROJA DE SrRuO3F. P. de la CruzDepartamento de Física, Facultad de Ciencias Exactas y Naturales, Universidad de Buenos Aires, Ciudad Universitaria, Pab I,Capital Federal, Argentina. e-mail.ferchu@biol. unlp. edu.arN. E. MassaLAÑAIS en Espectroscopia Optica, CEQUINOR-Depto. de Química y Depto. de Física, Universidad Nacional de La Plata, C.C.962, (1900), La Plata, Argentina. e-mail.rtem@jbiol. unlp. edu. arS. Cuffini, R. E. CarbonioINFIQC, Depto de Fisicoquímica, Universidad Nacional de Córdoba, Suc. 16, C.C. 61, (5016), Córdoba, Argentina.e-mail:carbonio@ fisquim.uncor.edu.arEn este trabajo presentamos los espectros de reflectividad infrarroja a temperatura ambiente y a 80K piara la perovskita distorsionada SrRu03. Con las relaciones de Krammers-Kronig calculamos las funciones ópticas y reconstruimos el espectro de reflectividad con un modelo basado en la generalización de la relación de Lyddane- Sachs-Teller y el modelo de Drude. Con estos datos calculamos el número de portadores, la movilidad efectiva y la conductividad óptica, comparando nuestros resultados con los conocidos piara diferentes compuestos.In this work we present far infrared reflectivity spectra of the distorted perovskite SrRuCb measured at 80K and room tempierature. We calculated the optical functions using the Krammers Kroning relations and reconstructed the measured spiectrum with a model based on the generalization o f the Lyddane-Sachs-Teller relation and the Drude model. W ith these data we calcúlate the number of carriers, the effective mobility, and the optical conductivity. These results are compared with known valúes for other compxiunds.IntroducciónLos compjuestos SrTiC>3, aislador y SrRnC>3, un material con portadores altamente correlacionados, poseen estructuras típicas de prerovskitas. Por ser estas las estructuras básicas de los superconductores de alta temperatura crítica y la escasa información sobre las propiedades ópticas del segundo, motivaron nuestra investigación.En esta comunicación discutimos los espectros de reflectividad en función de frecuencia y temperatura de la perovskita distorsionada SrRuCb entre 20 cm '1 y 10000„ _ - icm .Los datos experimentales fueron analizados mediante las relaciones de Krammers-Kronig, con las cuales se obtuvieron la parte real, la imaginaria y la imaginaria de la recíproca de la función dieléctrica y se calcularon los índices de refracción y extinción. A  partir de estos datos calculamos las frecuencias de los fonones activos en estos compuestos y de la regla de suma inferimos la frecuencia del plasma. De esta deducimos el número de parladores, la movilidad ópjtica a altas energías y  la conductividad óptica.Con un programa basado en la generalización de las relaciones de Lyddane-Sachs-Teller sumado a un término de Drude reconstruimos nuestro espectro de reflectividad utilizando la frecuencia del plasma obtenida a purtir dela prarte imaginaria de la inversa de la función dieléctrica y una contribución fonónica.La característica metálica del SrRuC^ se refleja en la relativa alta reflectividad del espectro medido, que a su vez es similar a la que presentan los superconductores de alta temperatura critica en su estado normal. Esto sugiere que esta respuesta aproximadamente lineal de la reflectividad. en función de la frecuencia no es una propiedad intrínseca de estos últimos compuestos. También comparamos los resultados antes mencionados con los medidos pura la perovskita clásica, S1TÍO3.ExperimentalLa fabricación de la muestra de SrRuCb se realizó p»r medio de una sintesis de estado sólido donde se molió en un mortero de ágata una apropiada mezcla de SrCC>3 y  RuOs (99,99% ), la que luego fue calentada en aire durante 3 horas a 1100°C. La solución sólida de SrTiC>3 fue preparada con la mezcla de TiCL, y SrfNQj) en solución acuosa, luego se agregó NH4OH y  (NFL^CO; hasta que la prrecipritación fue completa. El procipñtado sólido fue filtrado, lavado con agua y secado a 120°C y  luego calentado en aire durante 3 horas a 1100°C.'Los espectros de reflectividad infrarroja fueron medidos con el espectrofotómetro a transformada de Fourier BRUKER IFS 113v a temperatura ambiente y a 80K, entre 20 cm'1 y 10000 cm'1. Para las mediciones a243 - ANALES AFA Vol.7 BARILOCHE 1995-243bajas temperaturas, las muestras fueron pegadas en el dedo frío del críóstato OXFORD DN 1754, regulando la temperatura del mismo con el controlador ITC4.Los datos de los espectros de reflectividad obtenidos fueron analizados con las relaciones de Kramers-Kronig. Estas relaciones utilizan la reflectividad compleja donde R(oo) es la reflectividad medida y la fase 0(co) es calculada con la expresión:donde P es el valor principal. Esta integral se resuelvenuméricamente con la rutina Simpson.2Una vez obtenida 9(m), las funciones ópticas i] y k soncalculadas:1 - R ̂ 1 + R-2-JRcosO2 4 r  sen 9  1 + R-2^[Rcos9donde r| es el índice de refracción y k el de extinción.La parte real e imaginaría de la función dieléctrica, si y e2, se expresan como::Si  =  r f -  K 2Si =  2  tJKA efecto de eliminar posibles errores en la integración numérica fue necesario extrapolar el espectro a bajas energías, llevando la reflectividad a la unidad y altas energías, generando los valores de la reflectividad asintóticos a cero.2Para reconstruir el espectro de reflectividad se utilizó un programa basado en un modelo en el cual la función dieléctrica queda expresada como:3donde Yo representa el amortiguamiento que nosotros asociamos a los defectos de la red cristalina y yp es el amortiguamiento del plasma. El primer término de la ecuación es la generalización de las relaciones LST y el segundo es la contribución del plasma del cual cuando y0 = yp se reduce al modelo clásico de Drude.4Resultados y discusionesLos espectros de SrRu03 presentan una reflectividad semimetálica entre 20 cm"1 y 1900 cm'1 mostrando dos absorsiones asignadas a la interacción de los portadores con los fonones longitudinales Qilo~450 cm'1 y 02 lo~8OO cm'1.Figura 1: (a) Espectros de reflectividad de SrRuO¡. (b) Comparación del espectro de SrRuOj con el de SrTiO¡.Esta decrece abruptamente en la frecuencia delplasma, Qp~3519 cm'1, para tender a cero a más altas energías.En la figura l(a) la flecha indica que en el espectro medido a 80K presenta una pequeña banda que nosotros relacionamos con transiciones electrónicas localizadas en regiones en la cual el compuesto tiene un comportamiento cercano al de un semiconductor. Un efecto similar se observa en las mediciones realizadas por Calvani et al 5en muestras de SrTi03.En la figura l(b) nosotros apreciamos que los modos longitudinales ópticos del SrTiQ3 se encuentran a más altas frecuencias (~25 cm'1) que la de los fonones longitudinales presentes en el SrRu03 que interactúan con los portadores. Este pequeño corrimiento lo asignamos a la diferencia de masas entre los cationes de rutenio y titanio.Con las relaciones K-K calculamos las funciones ópticas: en si domina el carácter metálico del compuesto, se hace cero en 2135 cm'1, frecuencia en la cual t|=k como muestra la figura 2(c), la parte imaginaria de la inversa de la función dieléctrica presenta dos máximos en 2957 cm'1 y 3519 cm'1.Nosotros también observamos que la conductividad óptica presenta un comportamiento lineal con el cuadrado de la frecuencia, como se ve en la figura 3(a), para energías mayores a la del plasma, apareciendo tres máximos a 817 cm'1, 1453 cm'1 y 3287 cm'1 en frecuencias menores que la del plasma (figura 3(b>).Con los parámetros utilizados en la reconstrucción del espectro y conociendo la relación Qp2=4e2N/m* (m* es la masa reducida), deducida de la regla de suma,2 el número de portadores es N = 5,16 1019 cm'3 (2,54 1019 cm'3), la concentración efectiva de portadores N* =244 - ANALES AFA Vol.7 BARILOCHE 1995 - 244Nm/m* = 7,07 1018 cm'3, la movilidad óptica a altas frecuencias p = e/m*yp = 19,5 cm2V~'sec'' (36,52 cm2V  'sec'1), la movilidad efectiva ji* = )im/m* = 142,6 cm2V  'sec'1 y la conductividad óptica ct0 = eN*p* = 175,6 ÍT 'cm'1. Los valores entre paréntesis son los calculados utilizando un cociente de masa considerando un electrón libre por rutenio.6Figura 2: Parte real e imaginaria de la función dieléctrica, (a) Parte imaginaria de la inversa de la función dieléctrica, (b) Indice de extinción y  refracciónPara el bronce azul, K0.3M0O3, Travaglini7 publicó estos resultados: N* = 5,4 1021cm"3, p* = 2,3 cm2V 1sec'1 y a 0 = 2 103 Q 'cm'1 el mayor amortiguamiento que exhibe este conductor se puede atribuir a la unidimensionalidad del mismo mientras que su carácter metálico supone un mayor número de portadores libres.Figura 3 : Conductividad óptica en función del cuadrado de la frecuencia, (a) Detalle de sus máximos en función de la raíz cuadrada de la frecuencia.Es interesante destacar que el espectro de reflectividad medido, presenta un aspecto similar al de diferentes compuestos superconductores de alta temperatura critica en su estado normal, de esto podemosinferir que la respuesta lineal de la reflectividad con la frecuencia no es una característica inherente solamente a los superconductores. Bozovic et a f  sugieren un yp = 7259 cm'1 para el compuesto superconductor Bai_ xKxBiC>3,9 mayor que yp = 411 cm'1 obtenido para el SrRuQ3, esto implicaría una menor movilidad en dichos superconductores influenciada por la bidimensionalidad de estas muestras. Además, la densidad de estados en el SrRuOj tiene una contribución finita mas allá del nivel de Fermi, situación en cierta manera análoga a la experimentada por los superconductores de alta temperatura crítica.Resumiendo, medimos los espectros de reflectividad infrarroja a temperatura ambiente y a 80K para la perovskita SrRuOj con las relaciones K-K calculamos las funciones ópticas en función de la frecuencia y reconstruimos el espectro medido con un modelo basado en la generalización de las relaciones LST y el modelo de Drude. Con los datos generados en este modelo calculamos: el número de portadores, la movilidad efectiva y la conductividad óptica y comparamos nuestros resultados con los obtenidos para diferentes compuestos por otros autores.Referencias1 - Cuffini, S. L., Macagno, A., Carbonio, R. E., Meló, A.,Trollaumd E. y Gautier, J.L., J. Solid State Chem. 105, 161-170(1993).2 - Wooten, F. "Optical Properties of Solids", Academic Press,Inc, California (1972).3 - Kurosawa, T., J. Phys. Soc. (Jpn), 16, 1298-1311 (1961).4 - Gervais, F., Servoin, J. L., Phys. Rev. B 47,13-20 (1993).5 - Calvani, P., Capizzi, M ., Donato, F., Lupi, S., M aselli, P. yPeschiaroli, D.JPhys. Rev. B 47, 14-20 (1993).6 - Cox, P.A., Egdell, R.G., Goodenough, J. B ., Hammet, A.,Naish, C. C., J. Phys. C: Solid State Phys. 16,6221- 6227 (1983).7 - Travaglini, G., Watcher, P ., Marcus, J., Schlenker, C.,Solid State Com. 37, 599-605 (1981).8 - Bozovic, Y., Hellman, E. S., Efartford, E. H ., Chan, P. K.,Kim, J. H ., Harris, J. S., Phys. Rev. B 46,1182-1191 (1992).9 - Sato, H. Tajima, S. Takagi, H. y Uchida, S. Nature 338,241-247(1989).245 - ANALES AFA Vol.7 BARILOCHE 1995 - 245

Reflectividad infrarroja de SrRuO₃

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