结构复杂层状硼酸铜 Cu$_3$(BO$_3$)$_2$ 的晶格动力学与电子跃迁

硼酸铜 Cu$_3$(BO$_3$)$_2$ 是一种具有层状晶体结构的复杂化合物，其中具有 Jahn-Teller 活性和磁性的铜 Cu$^{2+}$ 离子占据晶胞中十六个非等效位置，显示出有争议的磁性行为。本文报道了我们对基本吸收带以下晶格动力学和 3$d^9$ 铜态电子结构的红外与拉曼光谱研究。由于低 $P\overline{1}$ 空间群对称性和 Z=10 的大晶胞，晶格动力学以大量声子为特征。在低于 100 cm$^{-1}$ 的红外和拉曼光谱低能部分发现了异常丰富的声子集，我们初步将其归因于由晶体超结构激活的层间振动和/或与某些结构基团相关的模式的弱力常数。若干声子在 $T_N$=10 K 的磁性相变附近表现出反常行为，从而证明了磁弹相互作用的存在。在 $T_N$ 以下未发现新声子，这排除了磁相变的自旋-Peierls 类型。在电子跃迁区域，观察到一个中心位于 $\sim$1.8 eV 的强宽吸收带，我们将其归因于非等效位置中晶体场分裂的 Cu$^{2+}$ 离子 3$d^9$ 态之间跃迁的重叠。基本电荷转移吸收带边具有复杂结构，位于 $\sim$2.8-3.0 eV 附近。