Рамановское рассеяние света при структурном и магнитном фазовых переходах в ферроборате тербия

Abstract

В интервале температур 2–300 К в области частот 3–500 см⁻¹ исследован спектр рамановского рассеяния света в монокристалле TbFe₃(BO₃)₄. Обнаружены дополнительные, к ранее известным, фононные линии в высокотемпературной и низкотемпературной фазах. Наблюдение этих линий в высокотемпературной фазе связано с расщеплением на LO и TO компоненты полярных фононов. Присутствие дополнительных линий в низкотемпературной фазе является следствием как понижения симметрии кристалла при фазовом переходе, так и увеличения объема примитивной ячейки. В магнитоупорядоченной фазе обнаружено смещение в высокоэнергетическую область частот ряда фононных линий при приложении внешнего магнитного поля вдоль оси третьего порядка. Исследован спектр двухмагнонного рамановского рассеяния. Показано, что при низкой температуре двухмагнонная полоса имеет сложную форму, которая отражает особенности в плотности состояний магнонных ветвей. Определена энергия магнонов на границе зоны Бриллюэна.

В інтервалі температур 2–300 К в області частот 3–500 см⁻¹ досліджено спектр раманівського розсіювання світла в монокристалі TbFe₃(BO₃)₄. Знайдено додаткові, до раніше відомих, фононні лінії у високотемпературній та низькотемпературній фазах. Спостереження цих ліній у високотемпературній фазі пов’язано з розщепленням на LO та TO компоненти полярних фононів. Присутність додаткових ліній у низькотемпературній фазі є наслідком як пониження симетрії кристала при фазовому переході, так і збільшення об’єму примітивної гратки. У магнітовпорядкованій фазі спостерігається зміщення частот декількох фононних ліній в високоенергетичну область при прикладенні зовнішнього магнітного поля вздовж осі третього порядку. Досліджено спектр двомагнонного раманівського розсіювання. Показано, що при низьких температурах двомагнонна полоса має складну форму, яка відображає особливості густини станів магнонних гілок. Визначено енергію магнонів на границі зони Бриллюена.

The Raman scattering spectrum for the TbFe₃(BO₃)₄ single crystal has been studied in the frequency region 3 – 500 cm⁻¹ at temperatures ranged from 2 to 300 K. It is found that there exist phonon lines in high- and low-temperature phases apart from the known ones. These lines are the result of LO–TO splitting of polar phonons in high-temperature phase. The existence of these additional lines in the lowtemperature phase is due to a decrease in the crystal symmetry under the phase transition and an increase of the primitive cell volume. It is established that the frequencies of some phonon lines in the magnetoordered phase are shifted towards a high-energy region with applying the external magnetic field along the third-order axis. The spectrum of a two-magnon Raman scattering is investigated. It is shown that the two-magnon band at low temperatures has a complex shape that reflects some peculiar features in the density of state of the magnon branches. The magnon energy at the Brillouin zone boundary is determined.