LATTICE DYNAMICS OF CRYSTAL HoFe 3B 4O 12

Abstract

Crystal lattice vibrational frequencies in the center of the Brillouin zone have been determined with the Raman spectroscopy method. The lattice vibrational frequencies, elastic modulus, high frequency dielectric constant and temperature dependence of the lattice heat capacity have been calculated with the use of density functional method.

Full Text

Монокристаллы редкоземельных ферроборатов со структурой хантита в последние годы привлекают большое внимание, в первую очередь, как лазерные среды с однопозиционным распределением активных ионов. В начале этого тысячелетия в кристаллах ферроборатов была обнаружена достаточно большая магнитоэлектрическая поляризация [1-3] и сильный магнитоэлектрический эффект [4]. Таким образом, эти соединения вызвают немалый интерес как объекты для изучения механизма формирования магнитоэлектрического взаимодействия и возможностей электрического управления локальным магнитным состоянием в структурах с квазиодномерным распределением магнитных катионов. Исследование поляризованных спектров комбинационного рассеяния света было проведено при комнатной температуре (295 К) на спектрометре Horiba Jobin Yvon T64000 в геометрии рассеяния 90°. Спектрометр работал в режиме вычитания дисперсии со спектральным разрешением по входной щели 2 см-1. Для возбуждения спектра рассеяния использовался Ar+-лазер (длина волны X = 514 nm). Мощность излучения - 80 mW на образце, что соответствует плотности лазерного излучения 250 W/cm2. Полученные частоты приведены в таблице. Расчет динамики решетки, высокочастотной диэлектрической проницаемости и упругих свойств проведен в рамках неэмпирической модели ионного кристалла с учетом дипольной и квадрупольной поляризуемостей ионов. Детали модели рассмотрены в работе [5]. Все расчеты сделаны с помощью экспериментальных значений параметров решетки. Для вычисленных частот проведена классификация по неприводимым представлениям. В центре зоны Бриллюэна имеется 57 оптических мод и колебательное представление имеет вид 7А1 + 12А2 + 19Е и, соответственно, 3 акустических моды А2 + Е. Не все моды центра зоны удалось получить экспериментально и классифицировать, поэтому прямого сравнения с рассчитанными данными провести не представляется возможным, однако, из таблицы можно видеть, что, вычисленные частоты, близкие по величине к экспериментальным, присутствуют. Отличные от нуля компоненты тензора диэлектрической проницаемости составили следующие значения: exx = 4,02,eyy = 4,02, ezz = 2,82, полученные значения модулей упругости - C11 = 357 ГПа, С12 = 120 ГПа, С13 = 69 ГПа, С33 = 162 ГПа, С14 = 29 ГПа, С44 = 65 ГПа. 500 Температура, К Температурная зависимость решеточной теплоемкости (сплошная линия), экспериментальная кривая теплоемкости (ромбики), закон Дюлонга-Пти (прерывистая линия) На основе расчета динамики кристаллической решетки была вычислена плотность фононных состояний и получена температурная зависимость решеточной теплоемкости (см. рисунок). Экспериментальная кривая теплоемкости рассматриваемого соединения, получена в работе [6]. ’Исследование выполнено при поддержке Министерства образования и науки Российской Федерации, соглашение № 8365. 171 Технологические процессы и материалы Частоты (см-1) колебания решетки кристалла HoFe3B4O12. Эксперимент Раман Расчет A1 A2 E 11 151 59 31 84 253 131 133 122 353 174 171 160 452 204 203 181 784 218 222 199 807 224 238 229 1246 278 249 271 288 267 315 446 283 351 606 332 392 666 338 446 1283 426 474 443 590 465 634 665 675 795 737 1192 995 1247 1237 1305 1405