Using classical molecular dynamics simulations, we synthesized amorphous Ta2O5 and amorphous TiO2-doped Ta2O5. We show that Ta2O5 is composed primarily of six-folded Ta atoms forming octahedra that are either organized in chain-like structures or share edges or faces. When Ta2O5 is doped with TiO2, Ti atoms form equally five- and six-folded polyhedra that perturb but do not break the network structure of the glass. Performing a vibrational eigenmode analysis and projecting the eigenmodes on the rocking, stretching, and bending motions of the Ta-2O and Ta-3O bonds, we provide an atomic-scale analysis that substantiates the interpretations of Raman spectra of amorphous Ta2O5. This eigenmode analysis also reveals the key role played by Ti atoms in the 5 to 12 THz range.

1.
B. P.
Abbott
 et al.,
Phys. Rev. Lett.
116
,
061102
(
2016
).
2.
M.
Adier
,
F.
Aguilar
,
T.
Akutsu
, and
M.
Arain
,
Gen. Relativ. Gravitation
46
,
1749
(
2014
).
3.
T.
Hong
,
H.
Yang
,
E. K.
Gustafson
,
R. X.
Adhikari
, and
Y.
Chen
,
Phys. Rev. D
87
,
082001
(
2013
).
4.
6.
I.
Martin
,
E.
Chalkley
,
R.
Nawrodt
,
H.
Armandula
,
R.
Bassiri
,
C.
Comtet
,
M.
Fejer
,
A.
Gretarsson
,
G.
Harry
,
D.
Heinert
 et al.,
Classical Quantum Gravity
26
,
155012
(
2009
).
7.
C.
Comtet
,
D.
Forest
,
P.
Ganau
,
G. M.
Harry
,
C.
Michel
,
N.
Morgado
,
V.
Pierro
, and
L.
Pinard
, paper presented at the
42th Rencontres de Moriond-Gravitational Waves and Experimental Gravity
,
La Thuile, Italy
(
2007
).
8.
M.
Granata
,
K.
Craig
,
G.
Cagnoli
,
C.
Carcy
,
J.
Degallaix
,
R.
Flaminio
,
D.
Forest
,
J.-S.
Hennig
,
J.
Hough
,
I.
Maclaren
 et al.,
Opt. Lett.
38
,
5268
(
2013
).
9.
R.
Bassiri
,
K.
Evans
,
K. B.
Borisenko
,
M. M.
Fejer
,
J.
Hough
,
I.
Maclaren
,
I. W.
Martin
,
R. K.
Route
, and
S.
Rowan
,
Acta Mater.
61
,
1070
(
2013
).
10.
J. P.
Trinastic
,
R.
Hamdan
,
C.
Billman
, and
H.-P.
Cheng
,
Phys. Rev. B
93
,
014105
(
2016
).
11.
A. N.
Cormack
and
Y.
Cao
,
Mol. Eng.
6
,
183
(
1996
).
12.
S.
Sugai
and
A.
Onodera
,
Phys. Rev. Lett.
77
,
4210
(
1996
).
13.
G. A.
Rosales-Sosa
,
A.
Masuno
,
Y.
Higo
,
H.
Inoue
,
Y.
Yanaba
,
T.
Mizoguchi
,
T.
Umada
,
K.
Okamura
,
K.
Kato
, and
Y.
Watanabe
,
Sci. Rep.
5
,
15233
(
2015
).
14.
J.
Lin
,
N.
Masaaki
,
A.
Tsukune
, and
M.
Yamada
,
Appl. Phys. Lett.
74
,
2370
(
1999
).
15.
J. P.
Trinastic
,
R.
Hamdan
,
Y.
Wu
,
L.
Zhang
, and
H.
Cheng
,
J. Chem. Phys.
139
,
154506
(
2013
).
16.
J.
Meng
,
B. K.
Rai
,
R.
Katiyar
, and
A. S.
Bhalla
,
J. Phys. Chem. Solids
58
,
1503
(
1997
).
17.
P. S.
Dobal
,
R. S.
Katiyar
,
Y.
Jiang
,
R.
Guo
, and
A. S.
Bhalla
,
J. Raman Spectrosc.
31
,
1061
(
2000
).
18.
P. S.
Dobal
,
R. S.
Katiyar
,
Y.
Jiang
,
R.
Guo
, and
A. S.
Bhalla
,
J. Appl. Phys.
87
,
8688
(
2000
).
19.
H.
Ono
,
Y.
Hosokawa
,
K.
Shinoda
,
K.
Koyanagi
, and
H.
Yamaguchi
,
Thin Solid Films
381
,
57
(
2001
).
20.
C.
Joseph
,
P.
Bourson
, and
M. D.
Fontana
,
J. Raman Spectrosc.
43
,
1146
(
2012
).
21.
Q.
Li
,
H.
Zhang
,
B.
Cheng
,
R.
Liu
,
B.
Liu
,
J.
Liu
,
Z.
Chen
,
B.
Zou
,
T.
Cui
, and
B.
Liu
,
J. Appl. Phys.
115
,
193512
(
2014
).
22.
A.
Carre
,
L.
Berthier
,
J.
Horbach
,
S.
Ispas
, and
W.
Kob
,
J. Chem. Phys.
127
,
114512
(
2007
).
23.
B.
Mantisi
,
A.
Tanguy
,
G.
Kermouche
, and
E.
Barthel
,
Eur. Phys. J. B
85
,
304
(
2012
).
24.
P.
Koziatek
,
J.
Barrat
, and
D.
Rodney
,
J. Non-Cryst. Solids
414
,
7
(
2015
).
25.
T.
Li
,
F. A. A.
Sandoval
,
M.
Geitner
,
L.
Bellon
,
G.
Cagnoli
,
V.
Dolique
,
R.
Flaminio
,
M.
Granata
,
C.
Michel
,
N.
Morgado
 et al.,
Phys. Rev. D
89
,
092004
(
2014
).
26.
R.
Bassiri
,
F.
Liou
,
M. R.
Abernathy
,
A. C.
Lin
,
N.
Kim
,
A.
Mehta
,
B.
Shyam
,
R. L.
Byer
,
E. K.
Gustafson
,
M.
Hart
 et al.,
APL Mater.
3
,
036103
(
2015
).
27.
R.
Hollerweger
,
D.
Holec
,
J.
Paulitsch
,
M.
Bartosik
,
R.
Daniel
,
R.
Rachbauer
,
P.
Polcik
,
J.
Keckes
,
C.
Krywka
,
H.
Euchner
 et al.,
Acta Mater.
83
,
276
(
2015
).
28.
K.
Vollmayr
,
W.
Kob
, and
K.
Binder
,
Phys. Rev. B
54
,
15808
(
1996
).
29.
G.
Alaca
,
P.
Skeldon
,
G. E.
Thompson
,
A. B.
Mann
,
H.
Habazaki
, and
K.
Shimizu
,
Nanotechnology
13
,
451
(
2002
).
30.
R.
Bassiri
,
M. R.
Abernathy
,
F.
Liou
,
A.
Mehta
,
E. K.
Gustafson
,
M. J.
Hart
,
N.
Kim
,
A. C.
Lin
,
I.
Maclaren
,
I. W.
Martin
 et al.,
J. Non-Cryst. Solids
438
,
59
(
2016
).
31.
Y. M.
Beltukov
,
V. I.
Kozub
, and
D. A.
Parshin
,
Phys. Rev. B
87
,
134203
(
2013
).
32.
Y. M.
Beltukov
,
C.
Fusco
,
D. A.
Parshin
, and
A.
Tanguy
,
Phys. Rev. E
93
,
023006
(
2016
).
33.
T.
Damart
,
V. M.
Giordano
, and
A.
Tanguy
,
Phys. Rev. B
92
,
094201
(
2015
).
34.
P.
Allen
and
J.
Feldman
,
Philos. Mag. B
79
,
1715
(
1999
).
35.
M.
Dove
,
Éc. Thématique de la Soc. Fr. Neutronique
12
,
123
(
2011
).
36.
N. W.
Ashcroft
and
N. D.
Mermin
,
Solid State Physics
(
Brooks Cole
,
1976
).
37.
See http://www.netlib.org/lapack/ for Linear Algebra PACKage.
38.
A.
Tanguy
,
B.
Mantisi
, and
M.
Tsamados
,
Europhys. Lett.
90
,
16004
(
2010
).
39.
M. L.
Manning
and
A. J.
Liu
,
Phys. Rev. Lett.
107
,
108302
(
2011
).
40.
J.
Rottler
,
S. S.
Schoenholz
, and
A. J.
Liu
,
Phys. Rev. E
89
,
042304
(
2014
).
41.
M.
Marinov
and
N.
Zotov
,
Phys. Rev. B
55
,
2938
(
1997
).
42.
S. N.
Taraskin
and
S. R.
Elliott
,
Phys. Rev. B
56
,
8605
(
1997
).
43.
N. S.
Shcheblanov
,
B.
Mantisi
,
P.
Umari
, and
A.
Tanguy
, e-print arXiv:1502.00898v1.
44.
R.
Hamdan
,
J.
Trinastic
, and
H.
Cheng
,
J. Chem. Phys.
141
,
054501
(
2014
).
You do not currently have access to this content.