Исследование структурного фазового перехода в монокристалле KDy(MoO₄)₂ методом рамановского рассеяния света

Abstract

Исследован спектр рамановского рассеяния света в монокристалле KDy(MoO₄)₂ в области частот 3–1000 см⁻¹ и диапазоне температур от 2 до 300 К, включающем температуру структурного фазового перехода типа кооперативного эффекта Яна–Теллера (ТС ~ 14,5 К). При переходе в низкотемпературную фазу обнаружено появление ряда дополнительных фононных линий, соответствующих модам Ag, B₁g, B₂g, B₃g, что указывает на удвоение примитивной ячейки при фазовом переходе. На основе анализа симметрии фононных мод сделан вывод, что симметрия низкотемпературной фазы предпочтительно моноклинная с сохранением оси второго порядка вдоль кристаллографического направления b, т.е. перпендикулярно слоям. Обнаружены возбуждения, соответствующие низкоэнергетическим электронным переходам между уровнями основного мультиплета ⁶H₁₅/₂ иона Dy³⁺ , расщепленного в кристаллическом поле с симметрией С₂. В области первого возбужденного крамерсового дублета иона Dy³⁺ в кристалле KDy(MoO₄)₂ в спектре рассеяния вместо одной линии (18,3 см–1 (25 К)) выше температуры фазового перехода (14,5 К) при низких температурах наблюдаются четыре линии (16,5, 21,0, 24,9 и 29,1 см⁻¹ (2 К)). Это указывает на присутствие в низкотемпературной фазе четырех неэквивалентных ионов диспрозия.

Досліджено спектр раманівського розсіяння світла в монокристалі KDy(MoO₄)₂ в області частот 3–1000 см⁻¹ та діапазоні температур від 2 до 300 К, що включає температуру структурного фазового переходу типу кооперативного ефекту Яна–Теллера (ТС ~ 14,5 К). При переході в низькотемпературну фазу виявлено появу ряду додаткових фононних ліній, які відповідають модам Ag, B₁g, B₂g, B₃g, що вказує на подвоєння примітивної комірки при фазовому переході. На основі аналізу симетрії фононних мод зроблено висновок, що симетрія низькотемпературної фази переважно моноклінна зі збереженням осі другого порядку вздовж кристалографічного напрямку b, тобто перпендикулярно шарам. Знайдено збудження, які відповідають низькоенергетичним електронним переходам між рівнями основного мультиплету ⁶H₁₅/₂ іона Dy³⁺ , розщепленого в кристалічному полі з симетрією С₂. В області першого збудженого крамерсового дублету іона Dy³⁺ у кристалі KDy(MoO₄)₂ в спектрі розсіяння замість однієї лінії (18,3 см⁻¹ (25 К)) вище температури фазового переходу (14,5 К) при низьких температурах спостерігаються чотири лінії (16,5, 21,0, 24,9 и 29,1 см⁻¹1 (2 К)). Це вказує на присутність у низькотемпературній фазі чотирьох нееквівалентних іонів диспрозія.

Raman scattering of light in single-crystal KDy(MoO₄)₂ is studied at frequencies of 3–1000 cm⁻¹ for temperatures ranging from 2 to 300 K, including that of a structural phase transition of the cooperative Jahn-Teller type (TC ∼ 14.5 K). During the transition to the low-temperature phase, a series of additional phonon lines corresponding to the Ag, B₁g, B₂g, and B₃g modes is observed which indicates a doubling of the unit cell during the phase transition. An analysis of the symmetry of the phonon modes shows that the low-temperature phase has a predominantly monoclinic symmetry with conservation of a second order axis along the crystallographic b direction, i.e., perpendicular to the layers. Excitations are discovered which correspond to low-energy electronic transitions between levels of the ground-state ⁶H₁₅/₂ multiplet of the Dy³⁺ ion, which is split in the crystal field with a С₂ symmetry. In the vicinity of the first excited Kramers doublet of the Dy³⁺ ion in crystalline KDy(MoO₄)₂, the scattered spectrum contains four lines [16.5, 21.0, 24.9, and 29.1 cm⁻¹ (2 K)] at low temperatures, instead of a single line [18.3 cm⁻¹ (25 K)] above the phase transition temperature (14.5 K). This indicates the existence of four nonequivalent dysprosium ions in the low-temperature phase.