Рамановское рассеяние света в мультиферроике SmFe₃(BO₃)₄

Abstract

Исследован спектр рамановского рассеяния света в монокристалле SmFe₃(BO3)₄ в области частот 3–1500 см⁻¹ в интервале температур 10–300 К. Обнаружены все предсказываемые теоретико- групповым анализом A1 и Е фононные моды для кристалла данной симметрии. Определено значение расщепления между LO и TO компонентами полярных Е-фононов. При переходе в магнитоупорядочен- ное состояние обнаружено аномальное поведение интенсивности линии, соответствующей A1 колеба тельной моде. Показано, что при низкой температуре спектр двухмагнонных возбуждений имеет сложную форму и наблюдается как с недиагональными, так и с диагональными компонентами тензора рассеяния. Такая сложная форма отображает особенности в плотности состояний магнонных ветвей. Оценка энергии магнонов Еm на границе зоны Бриллюэна составляет ~ 47 см⁻¹. Исследованы структура основного мультиплета ⁶H5/2 иона Sm+3 в парамагнитном и антиферромагнитном состояниях и влияние на него магнитного фазового перехода. Обнаружено электрон-фононное взаимодействие для электронного возбуждения 225 см⁻¹.

Досліджено спектр раманівського розсіювання світла в монокристалі SmFe₃(BO₃)₄ в області частот 3–1500 см⁻¹ в температурному інтервалі 10–300 К. Виявлено всі A₁ та Е фононні моди, що передбача ються теоретико-груповим аналізом для кристала даної симетрії. Визначено значення величин розщеплення між LO та TO компонентами полярних Е-фононів. При переході у магнітовпорядкований стан виявлено аномальну поведінку інтенсивності лінії, що відповідає A1 коливальній моді. Показано, що при низькій температурі спектр двомагнонних збуджень має складну форму і спостерігається як з недіагональними, так і з діагональними компонентами тензора розсіювання. Така складна форма відображує особ ливості густини станів магнонних гілок. Оцінка енергії магнонів на границі зони Бриллюена Еm складає ~ 47 см⁻¹. Досліджено структуру основного мультиплету ⁶H₅/₂ іона Sm⁺³ в парамагнітному та антиферомагнітному станах та вплив на нього магнітного фазового переходу. Спостерігається електрон-фононна взаємодія для електронного збудження з енергією 225 см−¹.

Raman spectrum of single-crystal SmFe₃(BO₃)₄ was studied in the frequency range from 3 to 1500 cm−¹ at temperatures 10–300 K. All the A₁ and E phonon modes predicted by the group theory for a given symmetry of the crystal were observed. The magnitudes of splitting between the LO and TO components of polar E phonons were determined. It was found that under the transition to a magnetically ordered phase, the behavior of the intensity of the line corresponding to the A₁ vibrational mode is anomalous. It was shown that at low temperatures the spectrum of two-magnon excitations has a complex shape and is observed with both nondiagonal and diagonal components of the scattering tensor. This complex shape reflects the features in the density of states of the magnetic branches. An estimate of the magnon energy Em at the Brillouin zone boundary gave ∼47 cm−¹. The structure of the ground multiplet ⁶H₅/₂ of a Sm⁺³ ion in paramagnetic and antiferromagnetic states as well as the effect of the magnetic phase transition on it were studied. Electron-phonon interaction for the electronic excitation at 225 cm−¹ was revealed.