Природа диэлектрической релаксации в монокристаллах SrTiO3:Mn

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Исследованы диэлектрические спектры монокристаллов SrTiO3 и SrTiO3:Mn в области частот 10- 3000 см-1 и в диапазоне температур 5-297 K с использованием методов терагерцовой спектроскопии временного разрешения и инфракрасной Фурье-спектроскопии. Сравнительный анализ экспериментальных результатов позволил зафиксировать значительное размытие линий поглощения, соответствующих фононным модам Слетера и Ласта, и неизменность параметров моды Акса при замещении Ti на Mn (2 ат. %). Данный эффект связывается с возрастанием структурного беспорядка в катионной подсистеме(B-подрешетке) кристалла SrTiO3. Установлено, что допирование ионами Mn приводит к понижению температуры антиферодисторсионного фазового перехода на ~ 20 K, но практически не влияет на характер температурного поведения параметров сегнетоэлектрической мягкой моды при температурах ~ 60-297 К. Обнаружено, что для адекватного модельного описания дисперсии диэлектрической проницаемости SrTiO3:Mn в терагерцовой области частот необходим учет дополнительного возбуждения с частотой, лежащей ниже частоты сегнетоэлектрической мягкой моды. Из двух активно обсуждаемыхв литературе механизмов радиочастотной релаксации в SrTiO3:Mn - прыжкового и поляронного - полученные результаты свидетельствуют в пользу того, что механизм формирования диэлектрической релаксации в кристалле SrTiO3:Mn связан с температурно-активированными перескоками атомов марганца между смещенными (нецентральными) кристаллографическими позициями.

Об авторах

М. В. Таланов

Московский физико-технический институт

Email: mvtalanov@gmail.com
141701, г. Долгопрудный, Московская область, Россия

Е. С. Жукова

Московский физико-технический институт

Email: mvtalanov@gmail.com
141701, г. Долгопрудный, Московская область, Россия

Б. М. Некрасов

Московский физико-технический институт

Email: mvtalanov@gmail.com
141701, г. Долгопрудный, Московская область, Россия

М. Савинов

Институт физики Чешской академии наук

Email: mvtalanov@gmail.com
18221, Прага, Чешская Республика

В. И. Козлов

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования “МИРЭА - Российский технологический университет”; Институт физических проблем им. П. Л. Капицы РАН

Email: mvtalanov@gmail.com
119454, Москва, Россия; 119334, Москва, Россия

Б. П. Горшунов

Московский физико-технический институт

Email: mvtalanov@gmail.com
141701, г. Долгопрудный, Московская область, Россия

А. А. Буш

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования “МИРЭА - Российский технологический университет”

Автор, ответственный за переписку.
Email: mvtalanov@gmail.com
119454, Москва, Россия

Список литературы

  1. A. S. Barker, Jr. and M. Tinkham, Phys. Rev. 125, 1527 (1962).
  2. R. A. Cowley, Phys. Rev. Lett. 9, 159 (1962).
  3. В. Л. Гинзбург, УФН 38, 430 (1949).
  4. П. Андерсон, Физика диэлектриков, Изд-во АН СССР, М. (1960), с. 290
  5. J. C. Anderson, Dielectrics, London, Chapman and Hall (1966).
  6. W. Cochran, Adv. Phys. 9, 387 (1960).
  7. J. F. Scott, Rev. Mod. Phys. 46(1), 83 (1974).
  8. S. Kamba, APL Mater. 9, 020704 (2021).
  9. S. M. Shapiro, J. D. Axe, G. Shirane, and T. Riste, Phys. Rev. B 6, 4332 (1972).
  10. Ю. И. Юзюк, Физика твердого тела 54(5), 963 (2012).
  11. J. Petzelt and D. Nuzhnyy, Soft polar phonon mode in SrTiO3 single crystals, ceramics and thin lms, in Strontium Titanate: Synthesis, Properties and Uses, ed. by A. Tkach and P. M. Vilarinho, Nova Science Publishers: N.Y., NY, USA (2019), p. 1.
  12. J. H. Barrett, Phys. Rev. 86(1), 118 (1952).
  13. G. Rupprecht and R. O. Bell, Phys. Rev. 125, 1915 (1962).
  14. O. G. Vendik, E. K. Hollmann, A. B. Kozyrev, and A. M. Prudan, J. Supercond. 12, 325 (1999).
  15. A. K. Tagantsev, V. O. Sherman, K. F. Asta ev, J. Venkatesh, and N. Setter, J. Electroceram 11, 5 (2003).
  16. О. Е. Квятковский, Физика твердого тела 43(8), 1345 (2001).
  17. K. A. Muller and H. Burkard, Phys. Rev. 19, 3593 (1979).
  18. K. A. Muller, W. Berlinger, and E. Tosatti, Zeitschrift fur Physik B Condensed Matter 84, 277 (1991).
  19. S. E. Rowley, L. J. Spalek, R. P. Smith, M. P. M. Dean, M. Itoh, J. F. Scott, G. G. Lonzarich, and S. S. Saxena, Nature Phys. 10(5), 367 (2014).
  20. C. W. Rischau, X. Lin, C. P. Grams, D. Finck, S. Harms, J. Engelmayer, T. Lorenz, Y. Gallais, B. Fauque, J. Hemberger, and K. Behnia, Nature Phys. 13, 643 (2017).
  21. J. M. Edge, Y. Kedem, U. Aschauer, N. A. Spaldin, and A. V. Balatsky, Phys. Rev. Lett. 115, 247002 (2015).
  22. A. Stucky, G. Scheerer, Z. Ren, D. Jaccard, J. M. Poumirol, C. Barretaeau, E. Giannini, and D. van der Marel, Sci. Rep. 6, 37582 (2016).
  23. A. Narayan, A. Cano, A. V. Balatsky, and N. A. Spaldin, Nature Mater. 18(3), 223 (2019).
  24. A. Tkach, P. M. Vilarinho, and A. L. Kholkin, Acta Mater. 54, 5385 (2006).
  25. R. A. Maier, E. Cockayne, M. Donohue, G. Cibin, and I. Levin, Chem. Mater. 32, 4651 (2020).
  26. V. V. Laguta, I. V. Kondakova, I. P. Bykov, M. D. Glinchuk, A. Tkach, P. M. Vilarinho, and L. Jastrabik, Phys. Rev. B 76, 054104 (2007).
  27. I. Levin, V. Krayzman, J. C. Woicik, A. Tkach, and P. M. Vilarinho, Appl. Phys. Lett. 96, 052904 (2010).
  28. A. I. Lebedev, I. A. Sluchinskaya, A. Erko, and V. F. Kozlovskii, JETP Lett. 89(9), 457 (2009).
  29. A. Tkach, P. M. Vilarinho, A. L. Kholkin, A. Pashkin, S. Veljko, and J. Petzelt, Phys. Rev. B 73, 104113 (2006).
  30. M. Savinov, V. A. Trepakov, P. P. Syrnikov, V. Zelezny, J. Pokorny, A. Dejneka, L. Jastrabik, and P. Galinetto, J. Phys.: Condens. Matter 20, 095221 (2008).
  31. V. V. Lemanov, E. P. Smirnova, A. V. Sotnikov, and M. Weihnacht, Phys. Sol. State. 46, 1442 (2004).
  32. M. V. Talanov, A. I. Stash, S. A. Ivanov, E. S. Zhukova, B. P. Gorshunov, B. M. Nekrasov, V. S. Stolyarov, V. I. Kozlov, M. Savinov, and A. A. Bush, J. Phys. Chem. Lett. 13(50), 11720 (2022).
  33. A. M. Balbashov and S. K. Egorov, J. Cryst. Growth. 52, 498 (1981).
  34. J. Petzelt, T. Ostapchuk, I. Gregora et al. (Collaboration), Phys. Rev. B 64(18), 184111 (2001).
  35. J. C. Galzerani and R. S. Katiyar, Solid State Commun. 41(7), 515 (1982).
  36. P. A. Fleury, J. F. Scott, and J. M. Worlock, Phys. Rev. Lett. 21, 16 (1968).
  37. G. Shirane and Y. Yamada, Phys. Rev. 177(2), 858 (1969).
  38. J. C. Slater, Phys. Rev. 78, 748 (1950).
  39. H. Vogt and G. Rossbroich, Phys. Rev. B 24, 3086 (1981).
  40. J. T. Last, Phys. Rev. 105, 1740 (1957).
  41. J. D. Axe, Phys. Rev. 157, 429 (1957).
  42. C. Z. Bi, J. Y. Ma, J. Yan, X. Fang, B. R. Zhao, D. Z. Yao, and X. G. Qiu, J. Phys.: Condens. Matter 18, 2553 (2006).
  43. F. Gervais, J.-L. Servoin, A. Barato, J. G. Bednorz, and G. Binnig, Phys. Rev. B 47, 8187 (1993).
  44. D. A. Crandles, B. Nicholas, C. Dreher, C. C. Homes, A. W. McConnell, B. P. Clayman, W. H. Gong, and J. E. Greedan, Phys. Rev. B 59, 12842 (1999).
  45. H. Trabelsi, M. Bejar, E. Dhahri, M. A. Valente, M. P. F. Graca, M. Djermouni, and A. Zaou, J. Magn. Magn. Mater. 478, 175 (2019).
  46. A. M. Glazer, Acta Cryst. B 28, 3384 (1972).
  47. M. V. Talanov and E. G. Trotsenko, Ferroelectrics 612, 36 (2023).
  48. A. Tkach, P. M. Vilarinho, A. L. Kholkin, I. M. Reaney, J. Pokorny, and J. Petzelt, Chem. Mater. 19, 6471 (2007).
  49. A. Tkach, P. M. Vilarinho, D. Nuzhnyy, and J. Petzelt, Acta Mater. 58, 577 (2010).
  50. D. Bauerle and W. Rehwald, Solid State Commun. 27, 1343 (1978).
  51. W. Zhong, R. D. King-Smith, and D. Vanderbilt, Phys. Rev. Lett. 72, 3618 (1994).
  52. J. Petzelt, G. V. Kozlov, and A. A. Volkov, Ferroelectrics 73, 101 (1987).
  53. S. Kamba, E. Buixaderas, T. Ostapchuk, and J. Petzelt, Ferroelectrics 268, 163 (2002).
  54. E. Buixaderas, S. Kamba, and J. Petzelt, Ferroelectrics 308, 131 (2004).
  55. R. L. Prater, L. L. Chase, and L. A. Boatner, Phys. Rev. B 23(1), 221 (1981).
  56. A. Pashkin, V. Zelezny, and J. Petzelt, J. Phys. Condens. Matter 17(25), L265 (2005).
  57. O. Hanske-Petitpierre, Y. Yacoby, J. Mustre de Leon, E. A. Stern, and J. J. Rehr, Phys. Rev. B 44, 6700 (1991).
  58. J. J. van der Klink and F. Borsa, Phys. Rev. B 30, 52 (1984).
  59. H. Vogt, J.Phys.: Condens. Matter 7, 5913 (1995).
  60. A. S. Barker Jr, Phys. Rev. B 12(10), 4071 (1975).
  61. S. A. Prosandeev, V. A. Trepakov, M. E. Savinov, and S. E. Kapphan, J. Phys.: Condens. Matter 13, 719 (2001).
  62. W. Kleemann, J. Dec, Y. G. Wang, P. Lehnen, and S. A. Prosandeev, J. Phys. Chem. Solids 61, 167 (2000).

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать

© Российская академия наук, 2023