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 кристаллическомполе 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 пе-рехода (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⁻¹ (2 К)). Це вказує на присутність у низькотемпературній фазі чотирьох нееквівалентних іонів диспрозія.

Raman light scattering in the KDy(MoO₄)₂ was studied in the frequency region of 3–1000 см⁻¹ in the temperature range from 2 to 300 K including the temperature of structural phase transition of Jahn–Teller cooperative effect (ТС ~ 14.5 K). The appearance of a number of additional phonon lines assigned with Ag, B₁g, B₂g, B₃g modes was found as a result of the phase transition in the low-temperature phase that is caused by unit cell doubling. On the basis of the analysis of symmetry of phonon modes it was concluded that symmetry of the low-temperature phase is preferably monoclinic with conservation of the axis of second order along the b crystallographic direction, i.e., it is perpendicular to the layers. Low-energy electronic transitions are determined between levels of main multiplet ⁶H₁₅/₂ of Dy³⁺ ion splitted by the crystal field with the symmetry C₂. At low temperatures four lines (16.5, 21.0, 24.9 и 29.1 см⁻¹ (2 K)) were observed in range of first excited Kramers doublet of Dy³⁺ ion in the KDy(MoO₄)₂ crystal in Raman spectrum instead of one line (18.3 см⁻¹ (25 K)) above the phase transition temperature (14.5 K). This fact points on the presence of four nonequivalent ions of dysprosium in the low-temperature phase.