Hostname: page-component-6766d58669-wvcvf Total loading time: 0 Render date: 2026-05-21T12:41:02.082Z Has data issue: false hasContentIssue false

The Translational Lattice-Vibration Raman Spectrum of Single-Crystal Ice Ih

Published online by Cambridge University Press:  30 January 2017

P. Faure
Affiliation:
Laboratoire de Spectrométrie Raman–Laser, Centre Universitaire de Savoie, 73011 Chambéry, France
A. Chosson
Affiliation:
Laboratoire de Spectrométrie Raman–Laser, Centre Universitaire de Savoie, 73011 Chambéry, France
Rights & Permissions [Opens in a new window]

Abstract

We present the Raman spectra in natural and polarized light of ice Ih monocrystals in the region of the translational frequencies. These spectra are of better quality and higher resolution than previous spectra from monocrystals, and demonstrate the value of the investigation of single crystals by this technique, in spite of the proton disorder. In order to explain the observations we use the model of simultaneous activity of the modes allowed in D 6h symmetry and the modes allowed by the proton disorder. By analogy with the interpretation of the phenomena observed in ordered piezoelectric crystals, we suggest that the existence of translation frequencies up to c. 320 cm-1 is due to the splitting between transverse and longitudinal optical modes. On this basis, an initial simple dynamical model using only three parameters permits an interpretation of the Raman spectrum. The probable presence of directional effects in ice Ih argues in favour of the proposed explanation.

Résumé

Résumé

Nous présentons des spectres Raman, en lumière naturelle et polarisée, de monocristaux de glace Ih, dans la région des fréquences de translation. Ces spectres sont de meilleure qualité et mieux résolus que les spectres antérieurs de monocristaux, et prouvent l’intérêt de l’étude de monocristaux par cette technique, malgré le désordre des protons. Afin de rendre compte des spectres observés, nous adoptons le schéma de l’activité simultanée des modes autorisés dans la symétrie D 6h et des modes autorisés par le désordre des protons. Par analogie avec l’interprétation des phénomènes observés dans les cristaux ordonnés piézoélectriques, nous proposons d’expliquer l’existence de fréquences de translation jusqu’à environ 320 cm-1 par des séparations entre modes optiques transverses et longitudinaux. Sur ce principe, un premier modèle dynamique simple, à trois paramètres seulement, permet d’entreprendre une interprétation du spectre Raman. La présence probable d’effets directionnels dans le glace Ih est un argument en faveur de l’explication proposée.

Zusammenfassung

Zusammenfassung

Wir legen Ramanspektren von Eis-Ih-Einkristallen in natürlichem und polarisiertem Licht im Bereich der Translationsfrequenzen vor. Diese Spektren haben eine bessere Qualität und höhere Auflösung als frühere Spektren von Eiskristallen und zeigen den Wert der Untersuchung von Einkristallen mit Hilfe dieser Technik, ungeachtet der Protonenunordnung. Zur Erklärung der Beobachtungen benützen wir das Modell der gleichzeitigen Anregung derjenigen Moden, die in der D 6h -Symmetrie und durch die Protonenunordnung erlaubt sind. Entsprerhend der Deutung der Erscheinungen, die an geordneten piezoelektrischen Kristallen beobachtet wurden, schlagen wir vor, dass das Auftreten von Translationsfrequenzen bis zu etwa 320 cm-1 von der Aufspaltung transversaler und longitudinaler optischer Moden herrührt. Auf dieser Grundlage erlaubt ein erstes, einfaches dynamisches Modell, das nur drei Parameter benützt, die Ramanspektren zu deuten. Das mögliche Vorhandensein von Richtungseffekten in Eis Ih spricht für die vorgeschlagene Erklärung.

Information

Type
Research Article
Copyright
Copyright © International Glaciological Society 1978
Figure 0

Fig. 1. Unpolarized Raman spectra of single-crystal ice Ih at 180 K.

Figure 1

Fig. 2. Polarized Raman spectra of single-crystal ice Ih at 180 K.

Figure 2

Fig. 3. X1 (1Y) Z1 polarization for different θ = (q, c) at 77 K.

Figure 3

Table I. Frequencies in cm-1 of the Features in the Raman Spectrum of ice Ih (H2O)

Figure 4

Table II. Calculated Frequencies at Γ with (K, G,ρ) Model for Ice Ih