XPS AND ELECTRONIC STRUCTURE OF FERROELECTRIC Sn₂P₂S₆ CRYSTALS
J. Grigas^a, E. Talik^b, V. Lazauskas^c, Yu.M. Vysochanskii^d, R. Yevych^d, M. Adamiec^b, and V. Nelkinas^c
aFaculty of Physics, Vilnius University, Saulėtekio 9, LT-10222 Vilnius, Lithuania
E-mail: jonas.grigas@ff.vu.lt
^bInstitute of Physics, Silesian University, Universytetska 4, 40-007 Katowice, Poland
^cInstitute of Theoretical Physics and Astronomy of Vilnius University, A. Goštauto 12, LT-01108 Vilnius, Lithuania
^dUzhgorod University, Pidhirna 46, UA-88000 Uzhgorod, Ukraine

Received 17 March 2008; revised 15 May 2008; accepted 9 June 2008

Electronic properties of uniaxial ferroelectric Sn₂P₂S₆ single crystal are studied by X-ray photoelectron spectroscopy. X-ray photoelectron spectra (XPS) of the valence band (VB) and of the principal core levels (CL) are obtained from different crystallographic planes in both paraelectric and ferroelectric phases. The XPS were measured with monochromatized Al Ka radiation in the energy range 0–1400 eV. The VB consists of five bands with the maxima between 3.3 and 14.5 eV below the Fermi level. Experimental energies of the VB and core levels are compared with results of theoretical ab initio calculations of molecular model of the Sn₂P₂S₆ crystal. Electronic structure of the VB is revealed. Ferroelectric phase transition changes atom’s charge and bonds strength, VB electronic structure, CL lines width, and chemical shifts for the Sn, P, and S states which are crystallographic plane-dependent.

Keywords: Sn₂P₂S₆, ferroelectric, crystals, XPS, electronic structure

FEROELEKTRINIŲ Sn₂P₂S₆ KRISTALŲ RENTGENO FOTOELEKTRONINIAI SPEKTRAI IR
ELEKTRONINĖ SANDARA
J. Grigas^a, E. Talik^b, V. Lazauskas^c, Yu.M. Vysochanskii^d, R. Yevych^d, M. Adamiec^b, V. Nelkinas^c
aVilniaus universitetas, Vilnius, Lietuva
^bSilezijos universiteto Fizikos institutas, Katovicai, Lenkija
^cVilniaus universiteto Teorinės fizikos ir astronomijos institutas, Vilnius, Lietuva
^dUžgorodo universitetas, Užgorodas, Ukraina

Rentgeno fotoelektronų spektroskopija ištirtos elektroninės vienašių feroelektrinių Sn₂P₂S₆ monokristalų savybės. Gauti valentinės juostos (VJ) ir svarbiausių gilių lygmenų paraelektrinės ir feroelektrinės fazių spektrai nuo įvairių kristalografinių plokštumų. Fotoelektronų sužadinimo šaltinis buvo Al K 1486,6 eV monochromatinė spinduliuotė. Sužadintų fotoelektronų spektrai matuoti energijos ruože nuo 0 iki 1400 eV. Eksperimentiškai gautos fotoelektronų energijos yra palygintos su teorinių ab initio skaičiavimų rezultatais molekuliniam Sn₂P₂S₆ kristalo modeliui. Apskaičiuota ir eksperimentiškai patvirtinta kristalo VJ sandara abiejose fazėse. VJ sudaro penkios juostos, o jų smailės yra nuo 3,3 eV iki 14,5 eV žemiau Fermio lygmens. Įvertinti Sn, S ir I atomų cheminiai poslinkiai. Ištirta feroelektrinio fazinio virsmo įtaka VJ sandarai ir gilių lygmenų spektrams. Nustatyta, kaip fazinis virsmas keičia atomų krūvius, ryšių stiprius, VJ elektroninę sandarą ir gilių lygmenų juostų pločius bei Sn, S ir I atomų cheminius poslinkius, kurie priklauso nuo kristalografinės plokštumos.