Рамановское рассеяние света в мультиферроике SmFe₃(BO₃)₄

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...

Ausführliche Beschreibung

Gespeichert in:

Bibliographische Detailangaben
Datum:	2016
Hauptverfasser:	Песчанский, А.В., Фомин, В.И., Гудим, И.А.
Format:	Artikel
Sprache:	Russian
Veröffentlicht:	Фізико-технічний інститут низьких температур ім. Б.І. Вєркіна НАН України 2016
Schriftenreihe:	Физика низких температур
Schlagworte:	Низкотемпературная оптическая спектроскопия
Online Zugang:	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/129160
Tags:	Tag hinzufügen Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
Назва журналу:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Zitieren:	Рамановское рассеяние света в мультиферроике SmFe₃(BO₃)₄ / А.В. Песчанский, В.И. Фомин, И.А. Гудим // Физика низких температур. — 2016. — Т. 42, № 6. — С. 607-618. — Бібліогр.: 21 назв. — рос.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	irk-123456789-129160
record_format	dspace
spelling	irk-123456789-1291602018-01-17T03:04:07Z Рамановское рассеяние света в мультиферроике SmFe₃(BO₃)₄ Песчанский, А.В. Фомин, В.И. Гудим, И.А. Низкотемпературная оптическая спектроскопия 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. 2016 Article Рамановское рассеяние света в мультиферроике SmFe₃(BO₃)₄ / А.В. Песчанский, В.И. Фомин, И.А. Гудим // Физика низких температур. — 2016. — Т. 42, № 6. — С. 607-618. — Бібліогр.: 21 назв. — рос. 0132-6414 PACS: 63.20.–e, 78.30.–j http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/129160 ru Физика низких температур Фізико-технічний інститут низьких температур ім. Б.І. Вєркіна НАН України
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
language	Russian
topic	Низкотемпературная оптическая спектроскопия Низкотемпературная оптическая спектроскопия
spellingShingle	Низкотемпературная оптическая спектроскопия Низкотемпературная оптическая спектроскопия Песчанский, А.В. Фомин, В.И. Гудим, И.А. Рамановское рассеяние света в мультиферроике SmFe₃(BO₃)₄ Физика низких температур
description	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.
format	Article
author	Песчанский, А.В. Фомин, В.И. Гудим, И.А.
author_facet	Песчанский, А.В. Фомин, В.И. Гудим, И.А.
author_sort	Песчанский, А.В.
title	Рамановское рассеяние света в мультиферроике SmFe₃(BO₃)₄
title_short	Рамановское рассеяние света в мультиферроике SmFe₃(BO₃)₄
title_full	Рамановское рассеяние света в мультиферроике SmFe₃(BO₃)₄
title_fullStr	Рамановское рассеяние света в мультиферроике SmFe₃(BO₃)₄
title_full_unstemmed	Рамановское рассеяние света в мультиферроике SmFe₃(BO₃)₄
title_sort	рамановское рассеяние света в мультиферроике smfe₃(bo₃)₄
publisher	Фізико-технічний інститут низьких температур ім. Б.І. Вєркіна НАН України
publishDate	2016
topic_facet	Низкотемпературная оптическая спектроскопия
url	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/129160
citation_txt	Рамановское рассеяние света в мультиферроике SmFe₃(BO₃)₄ / А.В. Песчанский, В.И. Фомин, И.А. Гудим // Физика низких температур. — 2016. — Т. 42, № 6. — С. 607-618. — Бібліогр.: 21 назв. — рос.
series	Физика низких температур
work_keys_str_mv	AT pesčanskijav ramanovskoerasseâniesvetavmulʹtiferroikesmfe3bo34 AT fominvi ramanovskoerasseâniesvetavmulʹtiferroikesmfe3bo34 AT gudimia ramanovskoerasseâniesvetavmulʹtiferroikesmfe3bo34
first_indexed	2025-07-09T10:45:13Z
last_indexed	2025-07-09T10:45:13Z
_version_	1837165880416403456
fulltext	Low Temperature Physics/Физика низких температур, 2016, т. 42, № 6, c. 607–618 Рамановское рассеяние света в мультиферроике SmFe3(BO3)4 А.В. Песчанский1, В.И. Фомин1, И.А. Гудим2 1Физико-технический институт низких температур им. Б.И. Веркина НАН Украины пр. Науки, 47, г. Харьков, 61103, Украина E-mail: peschansky@ilt.kharkov.ua 2Институт физики им. Л.В. Киренского СО РАН, г. Красноярск, 660036, Россия Статья поступила в редакцию 20 января 2016 г., опубликована онлайн 25 апреля 2016 г. Исследован спектр рамановского рассеяния света в монокристалле SmFe3(BO3)4 в области час- тот 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 слож- ную 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 розщеп- лення між LO та TO компонентами полярних Е-фононів. При переході у магнітовпорядкований стан ви- явлено аномальну поведінку інтенсивності лінії, що відповідає A1 коливальній моді. Показано, що при низькій температурі спектр двомагнонних збуджень має складну форму і спостерігається як з недіагона- льними, 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 антиферо- магнітному станах та вплив на нього магнітного фазового переходу. Спостерігається електрон-фононна взаємодія для електронного збудження з енергією 225 см–1. PACS: 63.20.–e Фононы в кристаллической решетке; 78.30.–j Инфракрасные и рамановские спектры. Ключевые слова: ферробораты, магнитный фазовый переход, спин-фононная связь, колебательный спектр. Введение В последние годы активно исследуются физические свойства мультиферроиков семейства ферроборатов ReFe3(BO3)4, где Re = La – Lu, как теоретически, так и экспериментально [1–4]. Это связано с наблюдением в них большого магнитоэлектрического эффекта, позво- ляющего управлять электрическими свойствами таких веществ внешним магнитным полем. Среди исследо- ванных редкоземельных ферроборатов соединение SmFe3(BO3)4 выделяется тем, что в магнитоупорядо- ченной фазе в нем возникает спонтанная электрическая поляризация, а в магнитных полях электрическая по- ляризация достигает величины около 500 мкКл/м2 [5,6]. Большая спонтанная поляризация ниже ТN наблюдает- ся в базисной плоскости. © А.В. Песчанский, В.И. Фомин, И.А. Гудим, 2016 А.В. Песчанский, В.И. Фомин, И.А. Гудим Кристаллизуется SmFe3(BO3)4 в тригональной синго- нии с пространственной группой симметрии R32 7 3( )D . Эта структура сохраняется вплоть до 2 К [7]. Антифер- ромагнитное упорядочение ионов Fe3+ происходит при температуре ТN = 33 К [7]. Магнитные моменты ионов железа ориентируются в базисной ab-плоскости перпен- дикулярно оси с кристалла. Ниже температуры ТN = 33 К в пределах базисной плоскости ab каждая из подреше- ток ионов железа и самария ферромагнитно упорядо- чены, в то время как в соседних слоях в направлении оси с магнитные моменты упорядочены антиферромаг- нитно. Легкоплоскостной характер антиферромагнит- ной структуры при Т < ТN определен в экспериментах по рассеянию нейтронов на порошках SmFe3(BO3)4 [7]. Установлено, что в магнитоупорядоченном состоянии элементарная ячейка удваивается в направлении оси с. Взаимная ориентация магнитных моментов ионов же- леза и самария однозначно не установлена. Согласно нейтронографическим данным, угол скоса между же- лезной и самариевой подрешетками в базисной плос- кости ab составляет 70° [7]. В то же время вариант коллинеарной магнитной структуры считается более предпочтительным [8], при этом можно ожидать воз- никновение при Т < ТN доменов с различной ориента- цией магнитных моментов ионов железа и самария вдоль одного из трех возможных направлений кри- сталлографической оси а. Квантовая теория магнитоэлектричества в редкозе- мельных ферроборатах развита в работе [4]. Показано, что электрическая поляризация в материалах реализу- ется посредством двух одноионных механизмов: эффек- тивное магнитное и кристаллическое поле индуцируют электрический дипольный момент прямо в 4f-оболоч- ке редкоземельных ионов (электрический вклад). К его возникновению приводят также смещения противопо- ложно заряженных ионных подрешеток (ионный вклад). Магнитоэлектрические свойства описаны в деталях для неодимового, самариевого и европиевого ферробора- тов. Получена полевая и температурная зависимость поляризации. Для того чтобы описать магнитоэлектрические свой- ства редкоземельных материалов, необходима инфор- мация об энергетическом спектре и волновых функциях редкоземельных ионов в кристалле. Уровни энергии иона Sm3+ в парамагнитной фазе кристалла SmFe3(BO3)4 и влияние магнитного упорядочения на энергетические уровни исследованы в спектрах поглощения в рабо- тах [8,9]. Спектроскопические исследования редкозе- мельных ферроборатов с Re = Nd, Sm и Gd в субмил- лиметровой области показали наличие резонансных магнитных возбуждений в обменно-взаимодействующих антиферромагнитной (Fe) и парамагнитной (Re) под- системах и выявили ряд характерных особенностей их динамики [10]. Установлено наличие сильного взаимо- действия спиновых колебаний подрешеток ионов Fe и Sm, которое формирует спектр связанных возбужде- ний, последние зависят от типа Re иона и анизотропии обменного расщепления его основного состояния (дуб- лета). В SmFe3(BO3)4, где ионы Sm3+ очень слабо вза- имодействуют с внешним магнитным полем, возбужде- ние обменных (Sm) мод связано с подсистемой Fe [10]. Спектры рамановского рассеяния света в ряде кри- сталлов ReFe3(BO3)4 (Re = Gd, Nd, Tb, Er и Y) изучены в широком интервале температур, включающем раз- личные структурные и магнитные фазы [11]. Для соеди- нения TbFe3(BO3)4 изучены внешние колебательные мо- ды кристаллической решетки (ниже 500 см–1), спектр двухмагнонных возбуждений, обнаружено влияние внеш- него магнитного поля на некоторые колебательные воз- буждения в магнитоупорядоченной фазе [12]. Данные по исследованию кристалла SmFe3(BO3)4 методом ра- мановской спектроскопии отсутствуют. Колебатель- ный спектр этого соединения изучался только методом ИК спектроскопии при комнатной температуре [13]. В настоящей работе представлены результаты ис- следований спектров рамановского рассеяния света в ориентированном монокристалле SmFe3(BO3)4 в пара- магнитном и антиферромагнитном состояниях. Работа посвящена изучению структуры основного мультиплета 6H5/2 иона Sm3+, влиянию на него магнитного упорядо- чения, выявлению особенностей формирования спектра двухмагнонных возбуждений, определению энергии и симметрии колебательных возбуждений и возможного влияния на них магнитного фазового перехода с целью выяснения характера взаимодействия подсистем, ко- торые определяют уникальные магнитоэлектрические свойства этих соединений. Образцы, методика измерений и теоретико- групповой анализ колебательных возбуждений Исследования были выполнены на кристалле SmFe3(BO3)4 хорошего оптического качества, выращен- ном из раствора–расплава на основе тримолибдата вис- мута по методике, описанной в [14]. Образец вырезан в виде прямоугольного параллелепипеда с размерами 3,2 × 4,7 × 4,2 мм, грани которого тщательно полиро- вались. Ребра были параллельны осям Z \|\| C3, X \|\| C2 и Y ⊥ Z, X. Ориентирование осуществлялось по габитусу и проверялось рентгеновским методом. Проверка каче- ства образца проведена с помощью поляризационного микроскопа. Ориентация оси C3 выдержана с погреш- ностью не более 1°. Рамановские исследования проведены в 90° кон- фигурации. Рассеяние возбуждалось излучением λ = = 532 нм (38 мВт) твердотельного лазера. Рассеянный свет анализировался с помощью двойного монохрома- тора Ramanor U-1000 и регистрировался с помощью охлаждаемого фотоумножителя RCA 31034 и схемы счета фотонов. Оптический криостат, в котором обра- 608 Low Temperature Physics/Физика низких температур, 2016, т. 42, № 6 Рамановское рассеяние света в мультиферроике SmFe3(BO3)4 зец находился в парах гелия, позволял проводить ис- следования в широком интервале температур. Спектры рамановского рассеяния представлены в стандартных обозначениях k(ij)q, где k и q — направ- ления распространения падающего и рассеянного света с электрическим вектором е вдоль i и j соответственно. Обозначения ZZ, XY и т.д. соответствуют определен- ным компонентам тензора рассеяния. Кристаллическая структура 3 3 4(S Fe BO )m 7 332 ( )R D . Примитивная ячейка содержит одну формульную еди- ницу. Теоретико-групповой анализ колебательных воз- буждений редкоземельных ферроборатов приведен в работе [11]. Колебания решетки описываются Гvibr = = 7A1 + 13A2+ 20E типами симметрии, из них акусти- ческие Гac = A2 + E. Активными в рамановском рассея- нии являются 7A1 и двукратно вырожденные полярные 19Е-моды, в инфракрасном поглощении — 12A2 + 19E моды. Отличные от нуля компоненты тензора рассея- ния в указанной выше установке имеют вид: А1 — XX, YY, ZZ; E — XX, YY, YZ, ZY, XY, YX, XZ, ZX [15]. Колебательные моды условно можно разделить на внешние Гext = 3A1 + 8A2+ 11E (с энергиями ниже ~ 500 см–1) и внутренние колебания группы BO3 Гint = 4A1 + 4A2+ 8E (диапазон энергий 500–1500 см–1). Известны также диапазоны энергий в рамках сво- бодного иона BO3 и число ожидаемых в них колеба- тельных мод в кристалле (600 см–1 ν4(E′) – A1 + 3E, 700–800 см–1 ν2( 2A′′) — E, 950 см–1 ν1( 1A′) — 2A1 + E, 1250–1400 см–1 ν3(E′) — A1 + 3E) [11]. Экспериментальные результаты и обсуждение На рис. 1 приведены поляризованные рамановские спектры при температуре 10 К, а на рис. 2 — анало- гичные спектры при комнатной температуре в области внешних и внутренних колебаний группы BO3. Спек- тры с ZZ-компонентой тензора рассеяния позволяют однозначно выделить A1-моды, а с недиагональными компонентами — E-моды. Спектры с XX- и YY-ком- понентами содержат как A1, так и E-моды. Как видно на рис. 1(а), в низкочастотной области спектра наблюдается полоса со сложной структурой, соответствующая двухмагнонному рассеянию, харак- терному для кристаллов этого семейства [11,12]. Кро- ме того, на этом рисунке штриховыми стрелками ука- заны линии, соответствующие электронным переходам Рис. 1. (Онлайн в цвете) Рамановские спектры с различными поляризациями в монокристалле SmFe3(BO3)4 при температуре 10 К, наблюдаемые в различных геометриях: в области внешних (а) и внутренних (б) колебательных мод BO3. λexc = 532 нм (38 мВт). Спектральное разрешение 3,0 см–1. Low Temperature Physics/Физика низких температур, 2016, т. 42, № 6 609 А.В. Песчанский, В.И. Фомин, И.А. Гудим между уровнями основного мультиплета иона Sm3+. Прежде чем обсуждать подробнее двухмагнонное и элек- тронное рассеяние, рассмотрим колебательный спектр. Колебательные моды Линии спектра, которые сохраняются до комнатной температуры, однозначно отнесены к колебательным возбуждениям. При низких температурах эти линии уз- кие, что позволяет точно определить число наблюдае- мых мод. Как следует ожидать для нецентросиммет- ричного кристалла и показано в работах [11,12] для этого класса соединений, для полярных E-мод наблю- дается расщепление на TO и LO компоненты. В спек- трах с θ = 90° (θ — угол между направлением распро- странения фонона и осью третьего порядка) в данной геометрии рассеяния TO и LO компоненты наблюда- ются одновременно (спектры на рис. 1 и 2 в геометри- ях рассеяния Y(XY)X, Y(XZ)X, Y(ZY)X). Для разделения на TO и LO компоненты нами использовались и другие установки образца, в которых распространение фонона направлено под углом θ = 45° к оси C3, тогда в спек- трах наблюдаются либо LO, либо TO компоненты (спектры на рис. 1 и 2 в установках Y(XX)Z, Y(XY)Z, Y(ZX)Z, Y(ZY)Z). При комнатной температуре в этой геометрии рассеяния происходит полное разделение на TO и LO компоненты (рис. 2), а при низких температу- рах оно преимущественное (рис. 1). Это связано с тем, что при низких температурах при распространении све- та вдоль оси Z линейно поляризованный свет становит- ся эллиптическим и происходит смешивание спектров с компонентами тензора рассеяния XX и XY, ZX и ZY. Также следует отметить, что при θ = 45° LO компо- нента, как правило, смещается в низкоэнергетическую область до половины значения разности энергий меж- ду TO и LO компонентами. Более подробно это описа- но нами в работе [12] для кристалла TbFe3(BO3)4. Раз- деление на TO и LO компоненты и смещение LO компоненты в геометрии с θ = 45° наиболее наглядно видно на рис. 1 и 2 для самой низкочастотной и высо- кочастотной E-мод. В табл. 1 приведены энергии фононных А1- и E-мод для внешних колебаний и в табл. 2 — для внутренних колебаний группы BO3. Погрешность в определении энергий составляет от ± 0,3 до ± 0,5 см–1, в зависимо- сти от интенсивности линий. Кроме наших данных, в табл. 1, 2, 3 приведены результаты для изоструктурных Рис. 2. (Онлайн в цвете) Рамановские спектры с различными поляризациями в монокристалле SmFe3(BO3)4 при температуре 300 К, наблюдаемые в различных геометриях: в области внешних (а) и внутренних (б) колебательных мод BO3. λexc = 532 нм (38 мВт). Спектральное разрешение 3,0 см–1. 610 Low Temperature Physics/Физика низких температур, 2016, т. 42, № 6 Рамановское рассеяние света в мультиферроике SmFe3(BO3)4 кристаллов, полученные другими авторами [11–13]. Как видно из табл. 1, 2, в спектре наблюдаются все предска- зываемые теоретико-групповым анализом 7A1 + 19E колебательные моды, из них 3A1 + 11E для внешних и 4A1 + 8E для внутренних колебаний. Для кристалла SmFe3(BO3)4, который не испытывает структурный ФП, при изменении температуры от 300 до 10 К энер- гия большинства колебательных мод либо не меняется в пределах точности измерений, либо увеличивается на несколько обратных сантиметров, т.е. наблюдается нормальный температурный ход. Исключением явля- ются E-моды: 93,2, 195,8, 954,0 и 1204,5 см–1 (значения для LO компонент), энергия которых при понижении температуры уменьшается (см. табл. 1, 2). Таблица 1. Энергии в см–1 наблюдаемых A1 и E внешних колебательных мод в кристалле SmFe3(BO3)4 при 300 К в сравне- нии с литературными данными. В скобках приведены энергии указанных мод при низких температурах SmFe3(BO3)4 (настоящая работа), 300 К (10 К) TbFe3(BO3)4 [12], 300 К (2 К) GdFe3(BO3)4 [11], 300 К SmFe3(BO3)4 [13], 300 К A1 A1 A1 179,7 (179,5) 180,6 (182,4) 180 303,2 (303,4) 308,2 (310,4) 307 475,3 (478,4) 476,0 (474,5) 475 ETO ELO ETO ELO ETO ELO ETO 83,5 (81,8) 93,2 (92,3) 84,2 (89,1) 93,6 (97,0) 84 93 85,1 159,4 (160,7) 159,9 (158,5) 160 160 — 194,8 (193,4) 195,8 (194,4) 197,1 (199,0) 198,3 (199,8) 195 198 194,7 231,0 (237,0) 230,4 (235,0) 232 229,7 264,3 (264,1) 268,4 (268,5) 269,4 (274,0) 270 270 265,2 273,5 (274,4) 285,5 (285,5) 273,5 (278,1) 289,0 (291,3) 273 287 279,2 315,1 (315,2) 332,7 (334,0) 315,4 (318,4) 330,4 (332,1) 315 330 313,7 352,4 (355,4) 355,4 (358,5) 350,7 (349,3) 355,8 (351,5) 352 357 382,3 389,5 (394,4) 394,2 (403,5) 391 391 409,0 442,0 (445,4) 445,0 (450,3) 443 443 438,5 489,2 (491,2) 489,0 (492,0) 488 — Таблица 2. Энергии в см–1 наблюдаемых A1 и E внутренних колебательных мод в кристалле SmFe3(BO3)4 при 300 К в срав- нении с литературными данными. В скобках приведены энергии указанных мод при температуре 10 К SmFe3(BO3)4 (настоящая работа), 300 К (10 К) TbFe3(BO3)4 (настоящая работа), 300 К GdFe3(BO3)4 [11], 300 К SmFe3(BO3)4 [13], 300 К A1 A1 A1 636,9 (636,5) 637,5 638 954,0 (952,6) 959,0 957 989,0 (989,4) 989,3 990 1227,0 (1231,0) 1234,5 1230 ETO ELO ETO ELO ETO ELO ETO 578,5 (579,0) 580,0 580 576,5 628,5 (629,8) 631,6 631 633 666,5 (669,5) 671,2 (673,8) 670,5 674,5 670 676 669,5 733,8 (734,8) 733,5 735 732,8 967,5 (968,0) 966,5 968 979,5 1190,5 (1190) 1204,5 (1202) 1201,5 1216,5 1198 1212 1197,3 1224,5 (1226,0) 1233 1229 1232,8 1282 (1283,5) 1415 (1416,5) 1278,0 1414,5 1280 1414 1295,6 дополнительные линии дополнительные линии дополнительные линии 1211,5 (1214) ~1221 1243,5 (1245) 1246 1250 1259 (1261) 1260 Low Temperature Physics/Физика низких температур, 2016, т. 42, № 6 611 А.В. Песчанский, В.И. Фомин, И.А. Гудим Значения энергий фононных мод и расщепление ря- да линий на TO и LO компоненты близки к соответст- вующим данным для кристаллов TbFe3(BO3)4 [12] и GdFe3(BO3)4 [11]. Отличие заключается в том, что для SmFe3(BO3)4 обнаружено расщепление на TO и LO компоненты для E-моды: TO — 264,3 см–1 и LO — 268,4 см–1 (табл. 1). Аналогичное расщепление наблю- далось ранее для кристалла NdFe3(BO3)4 [11], в кото- ром также отсутствует структурный ФП. Такое отличие самариевого ферробората от указанных кристаллов, ско- рее всего, связано с тем, что при комнатной темпера- туре некоторые полосы спектра сложно разделить на компоненты из-за уширения линий. При низких же тем- пературах в спектрах соединений Tb и Gd появляется большое число дополнительных линий вследствие струк- турного ФП, что затрудняет интерпретацию спектра. В кристалле SmFe3(BO3)4, так же как и в GdFe3(BO3)4 [11], для E-моды 489,2 см–1 наблюдается только LO компонента (табл. 1). При использовании гео- метрии измерения с θ = 45° энергия этой моды значи- тельно смещается в низкочастотную область (рис. 1(а), 2(а)). По величине смещения можно оценить пример- ное положение TO компоненты, которая или маскиру- ется крылом интенсивной линии 442,0 см–1, или имеет небольшую интенсивность. Отсутствие этой линии в ИК спектрах не позволяет провести сравнение с дан- ными, полученными из спектров рассеяния. Кроме указанных 7A1 + 19E колебательных мод, в спектрах рассеяния в области внутренних колебаний группы BO3 нами обнаружены три дополнительные линии (рис. 1(б), табл. 2). Для иона Sm3+ в области 1090–1290 см–1 можно ожидать дополнительные линии в спектре вследствие возбуждения электронных пере- ходов [8]. Однако дополнительные линии наблюдают- ся и при комнатной температуре (рис. 2(б), табл. 2), что не характерно для электронного рассеяния. В рабо- те [12] нами исследовано температурное поведение спектров рассеяния в кристалле TbFe3(BO3)4 в области внешних колебаний. В настоящей работе были полу- чены спектры для этого соединения в области внут- ренних колебательных мод (рис. 3), записанные в тех же условиях и геометриях, как и для SmFe3(BO3)4. Как видно на рис. 3 и в табл. 2, в кристалле TbFe3(BO3)4 в этой области также наблюдаются три дополнительные линии. Таким образом, можно считать, что эти линии присущи не данному конкретному образцу, а скорее всему классу этих соединений. Кроме того, в работе [11] в области ν3-колебания группы BO3 для ряда кристаллов этого семейства в спектрах с ZX + ZY поляризациями наблюдалась допол- нительная мода. Авторы предполагали, что появление этой линии может быть связано с ферми-резонансом между ν3-колебанием и обертоном от ν4-колебания. По нашим данным, эта самая интенсивная линия из трех дополнительных линий в обоих кристаллах в спектрах с θ =45° смещается примерно на 4 см–1 в низкочастот- ную область и по поляризационным правилам ведет себя как LO компонента (рис. 1(б), 2(б), 3). Для коле- бательной моды с энергией порядка 630 см–1, обертон которой попадает в указанный диапазон, расщепление на TO и LO компоненты либо незначительно, либо во- обще экспериментально не наблюдается (табл. 2). Кроме того, предложенный в [11] механизм может объяснить одну дополнительную линию, а не три. Следует также отметить, что для самой высокочастотной E-моды ли- ния TO компоненты имеет асимметрию в высокочас- тотную область, а линия LO компоненты — в низко- частотную. Это, скорее всего, связано с наличием в этой области еще двух дополнительных линий, соот- ветствующих TO и LO компонентам E-моды, кроме указанных в табл. 2. В результате изучения спектров нами обнаружено, что кроме основного спектра в этой области, состоящего из трех E-мод, дополнительно наблюдаются еще три E-моды, смещенные по энергии и с немного другими расщеплениями на TO и LO ком- поненты. Таким образом, в данной энергетической об- ласти в спектре присутствуют дополнительно колеба- Рис. 3. (Онлайн в цвете) Рамановские спектры с различными поляризациями в области внутренних колебательных мод BO3 в монокристалле TbFe3(BO3)4 при температуре 300 К, наблюдаемые в различных геометриях. λexc = 532 нм (38 мВт). Спектральное разрешение 3,0 см–1. 612 Low Temperature Physics/Физика низких температур, 2016, т. 42, № 6 Рамановское рассеяние света в мультиферроике SmFe3(BO3)4 ния группы BO3, но в другом кристаллическом окру- жении. Дополнительные фононные линии в области ν3-ко- лебания группы BO3 в исследуемых кристаллах, воз- можно, также связаны с наличием примесей. Вероят- ность присутствия примесей молибдена и висмута обсуждалась в ряде работ [16–18]. В частности, в рабо- те [16] в спектрах ЭПР кристалла TbFe3(BO3)4 наблю- дались три неэквивалентных иона Tb+3, два из которых авторы связывают с присутствием в соседних позициях висмута и молибдена. В работе [17] в спектрах погло- щения в области перехода 7F3 иона Tb+3 наблюдается ряд дополнительных линий, смещенных от основных на 5,8–11,5 см–1, наличие которых в спектрах авторы связывают с примесями висмута и молибдена. В этой же работе с точки зрения наличия примесей интерпре- тируются результаты работы [18], авторы которой в спектрах поглощения в области терма 5D4 иона Tb+3 наблюдали дополнительные линии, смещенные на 10 см–1 относительно основных. Причину наблюдения трех дополнительных линий именно в этой области спектра можно понять из сле- дующих соображений. Во-первых, при изоморфном замещении Sm на Tb (табл. 1, 2) наблюдается сдвиг положения линий не только внешних, но и внутренних колебательных мод группы BO3, особенно заметный в области ν3-колебания. В частности, для TO и LO ком- понент 1190,5 см–1 и 1204,5 см–1 сдвиг составляет 11 и 12 см–1, т.е. порядка 1% (табл. 2). Для внешних коле- бательных мод относительное смещение более 1% на- блюдается только для одной А1-моды (303,2 см–1) и двух E-мод (194,8 и 389,5 см–1). Такое поведение ли- ний при изоморфном замещении может указывать на то, что группу BO3 нельзя считать «жестким» образо- ванием, при котором энергии внутренних колебатель- ных мод остаются практически неизменными. Во-вто- рых, ν3-колебание, наиболее чувствительное из внут- ренних колебаний к изменению кристаллического поля, имеет наибольшее значение энергии. При одинаковом (в процентном отношении) смещении дополнительных колебательных мод относительно основных их абсо- лютное смещение получается достаточным для их вы- деления. При этом дополнительные линии не маски- руются основными. В-третьих, попадание одного иона примеси на место Sm или Fe вызывает искажение сра- зу шести групп BO3. В этом случае соотношение ин- тенсивностей основных и дополнительных линий бу- дет выше для колебаний BO3 группы (как внутренних, так и внешних) по сравнению с колебаниями Fe. Таким образом, по нашему мнению, наблюдаемые дополни- тельные моды связаны с колебаниями BO3 группы вблизи с примесным центром. Кроме обсуждаемых выше 7A1 + 19E основных и 3E дополнительных колебательных мод, при θ = 45° в спек- трах, соответствующих LO компонентам, наблюдается ряд слабых линий, которые обозначены на рис. 1–3 черными стрелками. Они отнесены к полярным А2-мо- дам, «запрещенным» правилами отбора в неупругом рассеянии при θ = 0° и θ = 90°. Возможность наблюде- ния в геометрии при θ = 45° неактивных А2 полярных возбуждений благодаря их взаимодействию с активны- ми Е-модами была показана для α-кварца [19,20]. Энер- гии наблюдаемых при θ = 45° А2 колебательных мод для кристалла SmFe3(BO3)4 приведены в табл. 3. Там же для сравнения приведены данные для TbFe3(BO3)4, по- лученные из аналогичных рамановских измерений [12], а также данные по ИК поглощению [13] и измерениям поглощения в субмиллиметровом диапазоне [21] для изучаемого кристалла. Как видно из табл. 3, для соеди- нения Sm в области внешних колебаний (до 500 см–1), Таблица 3. Энергии в см–1 наблюдаемых A2 колебательных мод (θ = 45o) в кристалле SmFe3(BO3)4 при 300 К в сравнении с литературными данными. В скобках приведены энергии указанных мод при температуре 10 К SmFe3(BO3)4, настоящая работа, 300 К (10 К) TbFe3(BO3)4 [12], 300 К SmFe3(BO3)4 [13], 300 К SmFe3(BO3)4 [21], 5 К A2 (θ = 45o) A2 (θ =45o) A2 A2 54,8 (52,0 при 45 К) 60,5 52,1 48,6 (TO) 61,5 (LO) 168,0 (169,9) — 164,6 ~ 171,5 201,1 (201,3) 205,4 197,8 ~205 259,2 (---) 258,5 256,0 300,9 (303,2) 301,4 292,1 371,8 (377,8) 372,6 370,3 397,4 (401,5) — 398,0 — — — 670,9 708,0 (709,4) 709,5 735,3 765,1 1222,8 Low Temperature Physics/Физика низких температур, 2016, т. 42, № 6 613 А.В. Песчанский, В.И. Фомин, И.А. Гудим как и в ИК измерениях, одна из А2 колебательных мод не наблюдается. Ранее для соединения Tb, кроме ука- занных в табл. 3, нами получены значения для А2-мод, равные 277,2 и 470 см–1. Однако, сравнивая спектры и значения энергий колебательных мод в соединениях Sm и Tb, можно предположить, что это LO компонен- ты E-мод при θ = 45°. Неоднозначность в отнесении слабых дополнительных линий в спектрах кристалла TbFe3(BO3)4 связана с тем, что LO компоненты E-мод (289 и 489 см–1) с ZX- и ZY-поляризациями при θ = 45° исчезали, а появлялись линии в XY- и YY-спектрах [12]. Для кристалла SmFe3(BO3)4 подобная «игра» интен- сивностей между спектрами с различными компонен- тами тензора рассеяния нами не наблюдалась. Ранее в кристалле TbFe3(BO3)4 наблюдалось смеще- ние двух фононных линий при температурах ниже TN [12]. Подобное проявление магнитного перехода мы ожидали обнаружить и для исследуемого соединения. Однако при переходе в магнитоупорядоченное состоя- ние в кристалле SmFe3(BO3)4 фононные линии не ис- пытывают (в пределах точности измерения) никаких частотных смещений. Как видно на рис. 4, на магнит- ный переход реагирует только интенсивность А1-моды (179,7 см–1). Выше TN ее интенсивность показывает нормальное поведение, а ниже TN интенсивность этой линии в XX- и YY-спектрах значительно уменьшается. E-мода с частотой 159,4 см–1 (рис. 4) также имеет ано- мальный температурный ход интенсивности во всем температурном диапазоне, однако не реагирует в пре- делах точности измерений на магнитный переход. Двухмагнонное рассеяние света Ниже температуры перехода в магнитоупорядочен- ное состояние в рамановских спектрах в SmFe3(BO3)4 в низкочастотной области наблюдается широкая поло- са сложной формы, соответствующая двухмагнонному рассеянию света (рис. 1(а)). Как видно на рис. 4, при повышении температуры форма этой полосы меняется, а выше TN, вплоть до комнатной температуры, полоса наблюдается в виде крыла рэлеевской линии. Как вид- но на рис. 5(а), рамановские спектры имеют сложную форму и наблюдаются со всеми компонентами тензора рассеяния (кроме ZZ) и, несомненно, могут быть отне- сены к двухмагнонному рассеянию. При этом каждый из приведенных спектров можно разложить на четыре полосы с энергиями 48,0, 55,5, 65,0 и 79,5 см–1 (пока- заны на рис. 5(а) стрелками), которые присутствуют во всех спектрах, но с разной интенсивностью. Выше TN спектры двухмагнонного рассеяния с указанными компонентами тензора рассеяния трансформируются в широкую полосу, центрированную на нуле энергии (рис. 5(б)). В отличие от ферроборатов Nd, Gd, Tb, Er, Y [11,12], в которых двухмагнонное рассеяние наблюдалось толь- ко в спектрах с XZ- и YZ-поляризациями, в спектрах рассеяния в самариевом ферроборате двухмагнонное рассеяние наблюдается как с недиагональными, так и с диагональными компонентами тензора рассеяния (все компоненты, кроме ZZ). Это отличие, возможно, связа- но с особенностями магнитной структуры ферробората Sm, в которой подрешетки Fe и Sm не коллинеарны, а развернуты между собой на угол 70° [7]. Сложная форма двухмагнонного спектра отображает особенно- сти в плотности состояний магнонных ветвей. Оценка энергии магнонов на границе зоны Бриллюэна дает ве- личину Еm ~ 47 см–1. Исследование структуры основного мультиплета 6H5/2 иона Sm+3 Кристаллическое поле с симметрией D3 в SmFe3(BO3)4 расщепляет мультиплет основного состоя- ния 6H5/2 иона Sm+3 с нечетным числом электронов на Г4 и Г56 крамерсовые дублеты. Энергии штарковских уровней основного мультиплета 6H5/2, которые опреде- лены из температурных зависимостей спектров погло- щения поляризованного излучения, составляют: 0 (Г4), 135 (Г56), 220 (Г4) см–1 в парамагнитном состоянии [8,9]. При переходе в магнитоупорядоченное состояние про- исходит обменное расщепление штарковских уровней, Рис. 4. (Онлайн в цвете) Температурное поведение раманов- ских спектров в монокристалле SmFe3(BO3)4 в геометрии рассеяния Y(XX)Z. λexc = 532 нм (38 мВт). Спектральное раз- решение 3 см–1. 614 Low Temperature Physics/Физика низких температур, 2016, т. 42, № 6 Рамановское рассеяние света в мультиферроике SmFe3(BO3)4 для основного уровня оно составляет 13,2 см–1 (для двух других оно не существенно) [8,9]. Величины обменного расщепления крамерсовых дублетов ∆exp (см–1), как оп- ределенные из низкотемпературных спектров (Т = 5 К), так и вычисленные ∆th (см–1), а также измеренные сме- щения центров тяжести дублетов δЕexp (см–1) при Т = 5 К и, соответственно вычисленные δEth (см–1), индуциро- ванные обменным взаимодействием, приведены в ра- боте [8]. На рис. 6(а) приведены спектры рамановского рас- сеяния монокристалла SmFe3(BO3)4 в области перехо- дов в пределах основного мультиплета иона Sm+3 с различными поляризациями со спектральным разре- шением 3 и 2 см–1 при температуре 10 К. На вставке показана схема экспериментально наблюдаемых пере- ходов. Как видно на рис. 6(а), в низкочастотной облас- ти спектра наблюдаются две линии, соответствующие переходам с энергиями 9,9 см–1 (геометрия рассеяния Y(ZY)X) и 16,0 см–1 (геометрия рассеяния Y(XY)X). В спектрах с XY-, XX-, YY-компонентами тензора рас- сеяния при низких температурах наблюдается интен- сивная линия, соответствующая переходу с энергией 140,8 см–1 из основного состояния на первый возбуж- денный уровень. Кроме того, с низкочастотной сторо- ны от этой линии (рис. 6(а)) наблюдаются еще две сла- бые линии (125,5 и 130,9 см–1), соответствующие тер- моактивированным переходам с возбуждений 9,9 и 16,0 см–1 на уровень 140,8 см–1 (схема переходов на вставке рис. 6(а)). Температурная эволюция спектров рассеяния в об- ласти электронных переходов приведена на рис. 6(б). По мере повышения температуры интенсивность тер- моактивированных переходов увеличивается, по энергии они приближаются к переходу из основного состояния. Выше TN наблюдается уже одна линия (135,1 см–1), соответствующая переходу из основного состояния на первый возбужденный уровень в парамагнитной фазе. Для следующего возбужденного состояния в области 220 см–1 при низких температурах также можно выде- лить один термоактивированный переход (рис. 6(б)), температурная эволюция аналогична описанной выше. При этом, как видно на рисунке, наблюдается сильное электрон-фононное взаимодействие между электронным переходом 225,6 см–1 и фононной модой 237,0 см–1. При понижении температуры и смещении электронного перехода в область более высоких энергий за счет рас- щепления основного состояния обменным полем ниже TN происходит усиление электрон-фононного взаимо- Рис. 5. (Онлайн в цвете) Рамановские спектры с различными поляризациями в монокристалле SmFe3(BO3)4 в области двухмаг- нонного рассеяния, наблюдаемые в различных геометриях, при различных температурах: 10 К (а), 45 К (б). λexc = 532 нм (38 мВт). Спектральное разрешение 5,0 см–1. Low Temperature Physics/Физика низких температур, 2016, т. 42, № 6 615 А.В. Песчанский, В.И. Фомин, И.А. Гудим действия и, как следствие, увеличение интенсивности фононной линии. Контур фононной линии при этом опи- сывается функцией Фано. При исследовании спектров поглощения в субмил- лиметровой области в SmFe3(BO3)4 в магнитоупорядо- ченном состоянии наблюдалось несколько полос погло- щения [10]. При h \|\| c наблюдаемая мода Sm +ω , 16,6 см–1 связывалась авторами [10] с электронными переходами внутри крамерсовского дублета Sm3+. Тот факт, что ее частота превышает величину обменного расщепления дублета 13,2 см–1, по мнению авторов [10], обусловлен взаимодействием с низколежащей АФМР модой. При h \|\| c наблюдались две моды: ω+ = 12,7 см–1 (только при 4,2 К) и ω– = 10,8 см–1. Возникновение этих мод об- условлено связанными колебаниями спинов Fe3+ и Sm3+. Такое разделение мод на редкоземельные и АФМР весьма условно, поскольку здесь реализуются связан- ные колебания Fe и Sm ионов [10]. В табл. 4 приведены энергии наблюдаемых электрон- ных переходов иона Sm3+ в кристалле SmFe3(BO3)4 при низких температурах в сравнении с литературными дан- ными. Как видно из таблицы, полученные нами данные в области основного состояния не совпадают с резуль- татами работы [9]. Полученные нами значения энергий низкочастотных переходов с точностью 0,1 см–1 соот- ветствуют значениям энергий из работы [10] при тем- пературе 9 К. Наблюдение в низкоэнергетической об- ласти двух возбуждений с энергиями 9,9 и 16,0 см–1 подтверждает наличие сильного взаимодействия маг- нитных подсистем ионов Fe и Sm. Рис. 6. (Онлайн в цвете) Рамановские спектры с различными поляризациями в монокристалле SmFe3(BO3)4: (а) — при темпе- ратуре 10 К, показана схема наблюдаемых переходов, геометрии рассеяния Y(XY)X и Y(ZY)X, спектральное разрешение 3 см–1 (спектры (1), (2) — 2 см–1); (б) — температурная зависимость спектров в области двухмагнонного рассеяния и уровней основ- ного мультиплета иона Sm+3, геометрия рассеяния Y(XY)X, спектральное разрешение 5 см–1. Таблица 4. Энергии в см–1 наблюдаемых электронных пе- реходов иона Sm3+ в кристалле SmFe3(BO3)4 при низких температурах в сравнении с литературными данными Настоящая работа [9] [10] 10 К 40 К 5 К 40 К 4,2 К 9,9 16,0 0 13,2 0 10,8 ~12,7 16,6 125,5 130,9 140,8 135,1 135 215,7 225,6 220,0 220 616 Low Temperature Physics/Физика низких температур, 2016, т. 42, № 6 Рамановское рассеяние света в мультиферроике SmFe3(BO3)4 Заключение Впервые проведены исследования рамановского рас- сеяния в ферроборате самария. Обнаружены все пред- сказываемые теоретико-групповым анализом 7A1 + 19E фононные моды для кристалла данной симметрии. Оп- ределено значение расщепления между LO и TO компо- нентами полярных Е-фононов. Используя различные геометрии рассеяния, определены энергии 8 из 12 A2-мод, запрещенных в рамановском рассеянии. В области валентного колебания BO3 обнаружено несколько дополнительных Е-мод, которые, на наш взгляд, связаны с наличием примесных центров в иссле- дуемых кристаллах. Анализ результатов, приведенных в настоящей работе, и литературных данных указывает, что присутствие примеси, возможно, характерно для целого ряда соединений этого семейства кристаллов, а не является свойством отдельно взятого образца. При переходе в магнитоупорядоченное состояние обнаружено аномальное поведение интенсивности ли- нии, соответствующей A1 колебательной моде. Энергии фононных A1- и Е-мод в пределах точности измерения, в отличие от кристалла TbFe3(BO3)4 [12], не реагируют на магнитный переход. Изменение интенсивности ука- занной линии отражает изменение кристаллического по- ля, которое может быть связано с магнитоэлектричес- ким эффектом при переходе в магнитоупорядоченное состояние. Показано, что при низкой температуре спектр двух- магнонных возбуждений имеет сложную форму и на- блюдается, в отличие от ферроборатов Nd, Gd, Tb, Er, Y, как с недиагональными, так и с диагональными компо- нентами тензора рассеяния. Это отличие, возможно, свя- зано с особенностями магнитной структуры ферробора- та Sm, в которой подрешетки Fe и Sm не коллинеарные, а развернуты между собой на угол 70° [7]. Сложная форма двухмагнонного спектра отображает особенно- сти в плотности состояний магнонных ветвей. Оценка энергии магнонов Еm на границе зоны Бриллюэна со- ставляет ~ 47 см–1. Исследована структура основного мультиплета 6H5/2 иона Sm+3 в парамагнитном и антиферромагнитном со- стояниях и влияние на него магнитного фазового пере- хода. Наблюдение в низкоэнергетической области двух возбуждений с энергиями 9,9 и 16,0 см–1 подтверждает наличие сильного взаимодействия магнитных подсис- тем ионов Fe и Sm. 1. М. Кадомцева, Ю.Ф. Попов, С.С. Кротов, А.К. Звездин, Г.П. Воробьев, Л.Н. Безматерных, Е.А. Попова, ФНТ 31, 1059 (2005) [Low Temp. Phys. 31, 807 (2005)]. 2. А.М. Кадомцева, Ю.Ф. Попов, Г.Н. Воробьев, А.П. Пятаков, С.С. Кротов, К.И. Камилов, В.Ю. Иванов, А.А. Мухин, А.К. Звездин, Ф.М. Кузьменко, Л.Н. Безматерных, И.А. Гудим, В.Л. Темеров, ФНТ 36, 640 (2010) [Low Temp. Phys. 36, 511 (2010)]. 3. А.К. Звездин, Г.Н. Воробьев, А.М. Кадомцева, Ю.Ф. Попов, А.П. Пятаков, Л.Н. Безматерных, А.В. Кувардин, Е.А. Попова, Письма в ЖЭТФ 83, 600 (2006) [JETP Lett. 83, 509 (2006)]]. 4. A.I. Popov, D.I. Pimenov, and A.R. Zvezdin, Phys. Rev. B 87, 024413 (2013). 5. А.А. Мухин, Г.П. Воробьев, В.Ю. Иванов, А.М. Кадомцева, А.С. Нарижная, А.М. Кузьменко, Ю.Ф. Попов, Л.Н. Безматерных, И.А. Гудим, Письма в ЖЭТФ 93, 305 (2011) [JETP Lett. 93, 275 (2011)]. 6. Ю.Ф. Попов, А.П. Пятаков, А.М. Кадомцева, Г.П. Воробьев, А.К. Звездин, А.А. Мухин, В.Ю. Иванов, И.А. Гудим, ЖЭТФ 138, 226 (2010) [JETP 111, 199 (2010)]. 7. C. Ritter, A. Pankratas, I. Gudim, and A. Vorotilov, J. Phys.: Condens. Matter. 24, 386002 (2012). 8. М.Р. Попова, Е.П. Чукалина, Б.З. Малкин, Д.А. Ерофеев, Л.Н. Безматерных, И.А. Гудим, ЖЭТФ 145, 128 (2014) [JETP 118, 111 (2014)]. 9. E.P. Chukalina, M.N. Popova, L.N. Bezmaternykh, and L.A. Gudim, Phys. Lett. A 374, 1790 (2010). 10. А.М. Кузьменко, А.А. Мухин, В.Ю. Иванов, А.М. Кадомцева, Л.Н. Безматерных, Письма в ЖЭТФ 94, 318 (2011) [JETP Lett. 94, 294 (2011)]. 11. D. Fausti, A.A. Nugroho, P.H.M. van Loosdreht, S.A. Klimin and M.N. Popova, Phys. Rev. B 74, 024403 (2006). 12. А.В. Песчанский, А.В. Еременко, В.И. Фомин, Л.Н. Безматерных, И.А. Гудим, ФНТ 40, 219 (2014) [Low Temp. Phys. 40, 171 (2014)]. 13. К.Н. Болдырев, Д.А. Ерофеев, Оптика и спектроскопия 116, 948 (2014) [Optics and Spectroscopy 116, 872 (2014)]. 14. I.A. Gudim, E.V. Eremin and V.L. Temerov, J. Cryst. Growth 312, 2427 (2010). 15. А. Пуле, Ж.-П. Матье, Колебательные спектры и сим- метрия кристаллов, Мир, Москва (1973) [H. Poulet et J.-P. Mathieu, Spectres de Vibration et Symetrie des Cristaux, Cordon and Breach, Paris (1970)]. 16. В.А. Бедарев, М.И. Пащенко, М.И. Кобец, К.Т. Дергачев, В.А. Пащенко, А.Н. Блудов, Е.Н. Хацько, С.Л. Гнатченко, Л.Н. Безматерных, В.Л. Темеров, ФНТ 39, 219 (2013) [Low Temp. Phys. 39, 167 (2013)]. 17. M.N. Popova, T.N. Stanislavchuk, B.Z Malkin, and L.N. Bezmaternykh, J. Phys.: Condens. Matter 24, 196002 (2012). 18. A.V. Malakhovskii, S.L. Gnatchenko, I.S. Kachur, V.G. Piryatinskaya, A.L. Sukhachev, and V.L. Temerov, Eur. Phys. J. B 80, 1 (2011). 19. S.M. Shapiro and J.D. Axe, Phys. Rev. B 6, 2420 (1972). 20. W. Hayes and R. Loudon, Scattering of Light by Crystals, J.Wiley and Sons, New York (1978). 21. K.N. Boldyrev, T.N. Stanislavchuk, A.A. Sirenko, L.N. Bezmaternykh, and M.N. Popova, Phys. Rev. B 90, 121101 (2014). Low Temperature Physics/Физика низких температур, 2016, т. 42, № 6 617 http://dx.doi.org/10.1063/1.2008142 http://dx.doi.org/10.1063/1.3457390 http://dx.doi.org/10.1063/1.3457390 http://dx.doi.org/10.1134/S0021364006110099 http://dx.doi.org/10.1103/PhysRevB.87.024413 http://dx.doi.org/10.1134/S%200021364011050079 http://dx.doi.org/10.1134/S%201063776110080066 http://dx.doi.org/10.1088/0953-8984/24/38/386002 http://dx.doi.org/10.1088/0953-8984/24/38/386002 http://dx.doi.org/10.7868/S0044451014010131 http://dx.doi.org/10.1016/j.physleta.2010.02.018 http://dx.doi.org/10.1134/S%200021364011160119 http://dx.doi.org/10.1103/PhysRevB.74.024403 http://dx.doi.org/10.1063/1.4865566 http://dx.doi.org/10.1063/1.4865566 http://dx.doi.org/10.7868/S%20003040341406004X http://dx.doi.org/10.1016/j.jcrysgro.2010.05.013 http://dx.doi.org/10.1016/j.jcrysgro.2010.05.013 http://dx.doi.org/10.1063/1.4792134 http://dx.doi.org/10.1088/0953-8984/24/19/196002 http://dx.doi.org/10.1140/epjb/e2011-10806-x http://dx.doi.org/10.1140/epjb/e2011-10806-x http://dx.doi.org/10.1103/PhysRevB.6.2420 http://dx.doi.org/10.1103/PhysRevB.90.121101 А.В. Песчанский, В.И. Фомин, И.А. Гудим Raman scattering in multiferroic SmFe3(BO3)4 A.V. Peschanskii, V.I. Fomin, and I.A. Gudim The Raman scattering spectrum in the SmFe3(BO3)4 single crystal was studied at frequencies ranged from 3 to 1500 cm–1 in a temperature range 10–300 K. All of the A1 and E phonon modes predicted by the theory group analysis was observed for a given symmetry of the crystal. The values of splitting between LO and TO components of polar phonons E were detected. It is found that under the magnetic transition the be- havior of the intensity of the line corresponding to the A1 vibrational mode is anomalous. It is shown that at low temperatures the spectrum of two-magnon exci- tations is complex in shape and it is observed both with nondiagonal and diagonal components of the scattering tensor. This a complex shape represents the peculiarities in the density of the magnetic branches. It is estimated that the magnon energy at the Brillouin zone boundary Еm is ~ 47 cm–1. The structure of ground multiplet 6H5/2 of a Sm+3 ion in paramagnetic and antiferromagnetic states and the influence magnet- ic phase transition on it are investigated. Detected electron-phonon interaction of the electronic excitation of 225 cm–1. PACS: 63.20.–e Phonons in crystal lattice 78.30.–j Infrared and Raman spectra. Keywords: ferroborates, magnetic phase transition, spin-phonon coupling, vibrational spectra. 618 Low Temperature Physics/Физика низких температур, 2016, т. 42, № 6 Введение Образцы, методика измерений и теоретико-групповой анализ колебательных возбуждений Экспериментальные результаты и обсуждение Колебательные моды Двухмагнонное рассеяние света Исследование структуры основного мультиплета 6H5/2 иона Sm+3 Заключение

Рамановское рассеяние света в мультиферроике SmFe₃(BO₃)₄

Institution

Ähnliche Einträge