Тип публикации: отчёт о НИР
Год издания: 2018
Ключевые слова: динамика кристаллической решетки, фононные спектры, неупругое рассеяние нейтронов, фазовые переходы
Аннотация: Для оценки влияния температуры на фононные спектры кристаллов RFe3(BO3)4 (R = Pr, Nd, Tb, Dy, Ho) в R32 фазе были проведены расчеты динамики решетки в рамках квазигармонического приближения с использованием параметров решетки и координат атомов соответствующих температурам 0K, 200K, 300K, 500K, 1000K.?Фононные спектры кристаллов PrПоказать полностьюFe3(BO3)4 и NdFe3(BO3)4, вычисленные при различных температурах, оказались очень похожими. При повышении температуры значительных изменений в окрестности точки Λ не происходит, но прогиб акустической ветви остается, особенно отчетливо заметный в направлении Г→Q→Λ→Z .?Совершенно противоположная картина наблюдается в кристаллах TbFe3(BO3)4, DyFe3(BO3)4 и HoFe3(BO3)4. При увеличении температуры мнимая мода в точке Λ стабилизируется и принимает действительное значение в каждом кристалле. При этом, во всех трех кристаллах при температуре 1000К частота нестабильной моды принимает близкие значения 3-4 мэВ, а при температуре 0К абсолютная величина нестабильной моды от соединения к соединению меняется сильнее.?Поведение низко лежащей моды в точке Λ с ростом температуры в ферроборатах с различным типом редкоземельного иона качественно согласуется с экспериментальными данными о зависимости температуры структурного фазового перехода от типа редкоземельного иона. ?Исходя из полученных результатов для кристаллов PrFe3(BO3)4 и NdFe3(BO3)4 можно сделать вывод о том, что наличие прогиба акустической ветки в точке Λ не говорит о структурной не устойчивости, по крайней мере, в рамках используемого подхода. Обобщая полученные данные о поведении низко лежащей моды в точке Λ с ростом температуры можно сказать, что во всех ферроборатах со структурой хантита при высоких температурах прогиб акустической ветки в точке Λ сохраняется.?Для монокристалла HoFe3(BO3)4 были произведены измерения спектров неупругого рассеяния нейтронов на спектрометре Cold Neutron Chopper Spectrometer (CNCS) в Национальной лаборатории Ок-Риджа. Образец был ориентирован плоскостью рассеяния (H0L) (гексагональная установка). Данные были собраны с использованием фиксированной энергии падающих нейтронов 12 мэВ при вращении образца с шагом 2° в широком диапазоне углов при температурах 380К и 500К. ?Построены цветовые карты спектров неупругого рассеяния нейтронов измеренные для монокристалла HoFe3(BO3)4 при температурах 380К и 500К, демонстрирующие фононные дисперсионные кривые в направлении Γ→Λ→F и Γ→Q→Λ→Z. В спектрах наблюдался прогиб акустической ветки колебаний в окрестности точки Λ, а также уменьшение частоты колебания в точке Λ с понижением температуры. Полученные экспериментальные данные подтверждают данные теоретических расчетов динамики решетки о том, что структурный фазовый переход в кристалле HoFe3(BO3)4 связан с мягкой фононной модой в граничной точке Λ зоны Бриллюэна.?Для анализа полученных экспериментальных данных использовалась программа OCLIMAX, данная программа предназначена для моделирования спектров неупругого рассеяния нейтронов на основе расчета динамики решетки.?При моделировании спектра в направлении Г→Λ→Z с энергиями до 25 мэВ было получен, что наиболее интенсивной (яркой) дисперсионной кривой (не считая акустическую ветку) является оптическая ветвь с «крутой» дисперсией. Частота моды, относящейся к этой ветке, в центре зоны составляет около 24 мэВ и достаточно быстро снижается до 15 мэВ с изменением волнового вектора по направлению к точке Λ. Причем «крутизна» этой моды практически такая же, как у неустойчивой акустической моды при приближении к точке Λ. Симметрия этой моды совпадает с симметрией неустойчивой акустической моды.?Расчеты динамики решетки в настоящей работе проводятся в рамках гармонического приближения, взаимодействие мод здесь не учитывается. Однако, учитывая характер дисперсии моды, описанной выше, мы можем предположить, что в действительности именно она может быть неустойчивой. Симметрия этой моды совпадает с симметрией продольной акустической моды. Невозможность пересечения мод одной симметрии должна обязательно приводить к их взаимодействию, поэтому в эксперименте мы наблюдаем именно акустическую мягкую моду. ?