Электронные состояния YAG, исследованные методом спектроскопии околокраевых потерь энергии и ab initio расчетами

Исследованы околокраевые структуры потерь энергии (ELNES) для Al K, Al L2,3, O K, Y L2,3 и Y M2,3 в Y3Al5O12 (YAG) с помощью специально оборудованного просвечивающего электронного микроскопа в сканирующем режиме, оснащенного параллельным спектрометром потерь энергии электронов. Предпринята попытка интерпретировать экспериментальные края с помощью рассчитанных околокраевых структур. Для расчета электронной структуры YAG использован ab initio метод ортогонализованной линейной комбинации атомных орбиталей в рамках приближения локальной плотности (LDA). Для сравнения с экспериментальными ELNES-спектрами рассчитаны локальные плотности состояний (LDOS), разложенные по сайтам и проецированные по симметрии, а также сечения фотоабсорбции (PACS). Получено разумное согласие между пятью различными измеренными спектрами и рассчитанными околокраевыми структурами. Расчеты PACS показали лучшую корреляцию с экспериментальными краями по относительным интенсивностям пиков, чем LDOS. Сравнение с site-decomposed LDOS позволило отнести несколько особенностей экспериментальных краев Al L и Al K к тетраэдрической или октаэдрической симметрии сайтов в кристалле YAG. Интерпретация края O K оказалась более сложной, поскольку в структуре присутствовало более одного типа катиона. Форма края коррелировала с различными связями кислород–катион вокруг атома кислорода, то есть с симметрией сайта. Наилучшее согласие расчетов и экспериментальных данных было получено для краев иттрия.