Исследование структурного фазового перехода в монокристалле KDy(WO₄)₂ методом рамановского рассеяния света

Abstract

Исследован спектр рамановского рассеяния света в монокристалле KDy(WO₄)₂ в области частот 3–950 см⁻¹ при температурах 2, 5, 25, 80 и 300 К. Обнаружены все 36 предсказываемых теоретико-групповым анализом колебательных возбуждений для высокотемпературной фазы и определена их симметрия. Температурное поведение спектров рассеяния свидетельствует о сохранении моноклинной симметрии кристалла при фазовом переходе. Обнаружены низкоэнергетические электронные переходы между уровнями основного мультиплета ⁶H₁₅/₂ иона Dy³⁺, расщепленного в кристаллическом поле с симметрией С₂. В области первого возбужденного крамерсовского дублета иона Dy³⁺ в кристалле KDy(WO₄)₂ в спектре рассеяния наблюдаются две линии (11,0 и 13,6 см⁻¹ (25 К)) выше температуры фазового перехода (6,38 К), а при низких температурах — четыре линии (9,0; 16,2; 16,6 и 18,6 см⁻¹ (2 К)). Это указывает на присутствие в низкотемпературной фазе четырех неэквивалентных ионов диспрозия. Обнаружение трех дополнительных фононных линий в низкотемпературной фазе при 2 К (41,5; 76,7; 182,3 см⁻¹) также подтверждает удвоение примитивной ячейки при фазовом переходе. Значительная трансформация спектра рассеяния в области первого возбужденного крамерсовcкого дублета иона Dy³⁺ в кристалле KDy(WO₄)₂ во внешнем магнитном поле вдоль оси a моноклинной ячейки указывает на присутствие индуцированного магнитным полем фазового перехода.

Досліджено спектр раманівського розсіювання світла в монокристалі KDy(WO₄)₂ в області час-тот 3–950 см⁻¹ при температурах 2, 5, 25, 80 та 300 К. Виявлено всі 36 передбачених теоретико-груповим аналізом коливальних збуджень для високотемпературної фази та визначена їх симетрія. Температурна поведінка спектрів розсіювання свідчить про збереження моноклінної симетрії кристала при фазовому переході. Виявлено низькоенергетичні електронні переходи між рівнями основного мультиплета ⁶H₁₅/₂ іона Dy³⁺, що розщеплений у кристалічному полі з симетрією С₂. В області першого збудженого крамерсівського дублету іона Dy³⁺ в кристалі KDy(WO₄)₂ в спектрі розсіювання спостерігаються дві лінії (11,0 та 13,6 см⁻¹ (25 К)) вище температури фазового переходу (6,38 К), а при низьких температурах —чотири лінії (9,0; 16,2; 16,6 та 18,6 см⁻¹ (2 К)). Це вказує на присутність в низькотемпературній фазі чотирьох нееквівалентних іонів диспрозію. Виявлення трьох додаткових фононних ліній в низькотемпературній фазі при 2 К (41,5; 76,7; 182,3 см⁻¹) також підтверджує подвоєння примітивної комірки при фазовому переході. Значна трансформація спектра розсіювання в області першого збудженого крамерсівського дублету іона Dy³⁺ в кристалі KDy(WO₄)₂ у зовнішньому магнітному полі вздовж осі a моноклінної комірки вказує на присутність індукованого магнітним полем фазового переходу.

Kramers doublet of ion Dy³⁺ in KDy(WO₄)₂ crystal the Raman spectra contains two lines (11.0 and 13.6 cm⁻¹) at the 25 K which is higher than the phase transition points (6.38 K), and at lower temperatures the Raman spectra contains four lines (9.0, 16.2, 16.6, and 18.6 cm⁻¹ (2 K)). This fact evidences of existing four nonequivalent ions of dysprosium in the low-temperature phase. Three additional phonon lines (41.5, 76.7, 182.3 cm⁻¹) observed in the low-temperature phase at 2 K indicate that the primitive translation cell is doubled under phase transition. The measurements in magnetic field along the a monoclinic axis show that there is a considerable transformation of the scattering spectrum in the range of the first excited Kramers doublet of the ion Dy³⁺ in KDy(WO₄)₂. This transformation suggests that there occurs a phase transition induced by magnetic field.