Вплив флексозв’язку та електрострикції на дисперсію м’яких фононних мод та розсіяння нейтронів в сегнетоелектриках
DOI:
https://doi.org/10.15407/ujpe63.10.934Ключові слова:
-Анотація
В рамках формалiзму Ландау–Гiнзбурга–Девоншира (ЛГД) було встановлено та проаналiзовано вирази, що описують дисперсiю м’яких фононiв, спектри розсiяння нейтронiв в залежностi вiд флексозв’язку та електрострикцiї. Також аналiтично вивчено вплив вищих градiєнтних доданкiв в ЛГД функцiоналi. Встановлено iснування неспiвмiрних модуляцiй у температурному дiапазонi вище температури Кюрi TC, але нижче за температуру переходу в неспiвмiрну фазу TIC, TC < T < TIC, та при умовi, що абсолютна величина флексокоефiцiєнта f є вищою за деяке критичне значення fcr(T), |f| > fcr(T). Вивчено вплив динамiчного флексокоефiцiєнта M, запропонованого в [1], на фононнi спектри. В роботi ми аналiзуємо рiзнi параметри ЛГД функцiоналу i, що є суттєвим, показали що електрострикцiя дає суттєвий внесок в появу спiвмiрної фази. В останнi роки спостерiгається значний розвиток рiзних методiв, що ґрунтуються на технологiях розсiювання нейтронiв i потребують ширшого вивчення фононiв в твердих тiлах. В статтi було проаналiзовано експериментальнi данi розсiювання нейтронiв i показано, що теоретичнi розрахунки добре узгодженi iз спостережуваними даними.
Посилання
P.V. Yudin, A.K. Tagantsev. Fundamentals of exoelectricity in solids. Nanotechnology 24, 432001 (2013).
https://doi.org/10.1088/0957-4484/24/43/432001
M.D. Glinchuk, A.V. Ragulya, V.A. Stephanovich. Nano-ferroics (Springer, 2013), p. 378.
V.S. Mashkevich, K.B. Tolpygo. The interaction of vibrations of nonpolar crystals with electric fields. Sov. Phys. JETP 4, 455 (1957).
A.K. Tagantsev. Piezoelectricity and exoelectricity in crystalline dielectrics. Phys. Rev. B 34, 5883 (1986).
https://doi.org/10.1103/PhysRevB.34.5883
P. Zubko, G. Catalan, A.K. Tagantsev. Flexoelectric effect in solids. Ann. Rev. Mater. Research 43, 387 (2013).
https://doi.org/10.1146/annurev-matsci-071312-121634
S.V. Kalinin, A.N. Morozovska. Multiferroics: Focusing the light on exoelectricity (comment). Nature Nanotechnology 10, 916 (2015).
https://doi.org/10.1038/nnano.2015.213
A. Kvasov, A.K. Tagantsev. Dynamic exoelectric effect in perovskites from first-principles calculations. Phys. Rev. B 92, 054104 (2015).
https://doi.org/10.1103/PhysRevB.92.054104
W. Cochran. Crystal stability and the theory of ferroelectricity. Phys. Rev. Lett. 3, 412 (1959).
https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.3.412
G. Shirane, J.D. Axe, J. Harada, J.P. Remeika. Soft ferroelectric modes in lead titanate. Phys. Rev. B 2, 155 (1970).
https://doi.org/10.1103/PhysRevB.2.155
W. Cochran. Dynamical scattering and dielectric properties of ferroelectric crystals. Adv. in Phys. 18, 157 (1969).
https://doi.org/10.1080/00018736900101297
G. Shirane, Y. Yamada. Lattice-dynamical study of the 110 K phase transition in SrTiO3. Phys. Rev. 177, 858 (1969).
https://doi.org/10.1103/PhysRev.177.858
R. Currat, H. Buhay, C.H. Perry, A.M. Quittet. Inelastic neutron scattering study of anharmonic interactions in orthorhombic KNbO3. Phys. Rev. B 40, 10741 (1989).
https://doi.org/10.1103/PhysRevB.40.10741
I. Etxebarria, M. Quilichini, J.M. Perez-Mato, P. Boutrouille, F.J. Zuniga, T. Breczewski. Inelastic neutron scattering investigation of external modes in incommensurate and commensurate A2BX4 materials. J. Phys.: Condens. Matter 4, 8551 (1992).
https://doi.org/10.1088/0953-8984/4/44/016
J. Hlinka, M. Quilichini, R. Currat, J.F. Legrand, Dynamical properties of the normal phase of betaine calcium chloride dihydrate. I. Experimental results. J. Phys.: Condens. Matter 8, 8207 (1996).
https://doi.org/10.1088/0953-8984/8/43/016
J. Hlinka, S. Kamba, J. Petzelt, J. Kulda, C.A. Randall, S.J. Zhang. Origin of the "waterfall" effect in phonon dispersion of relaxor perovskites. Phys. Rev. Lett. 91, 107602 (2003).
https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.91.107602
V. Goian, S. Kamba, O. Pacherova, J. Drahokoupil, L. Palatinus, M. Duˇsek, J. Rohlˇcek, M. Savinov, F. Laufek, W. Schranz, A. Fuith, M. Kachlk, K. Maca, A. Shkabko, L. Sagarna, A. Weidenkaff, A.A. Belik. Antiferrodistortive phase transition in EuTiO3. Phys. Rev. B 86, 054112 (2012).
https://doi.org/10.1103/PhysRevB.86.054112
Jong-Woo Kim, P. Thompson, S. Brown, P.S. Normile, J.A. Schlueter, A. Shkabko, A. Weidenkaff, P.J. Ryan. Emergent superstructural dynamic order due to competing antiferroelectric and antiferrodistortive instabilities in bulk EuTiO3. Phys. Rev. Lett. 110, 027201 (2013).
https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.110.027201
R.G. Burkovsky, A.K. Tagantsev, K. Vaideeswaran, N. Setter, S.B. Vakhrushev, A.V. Filimonov, A. Shaganov et al. Lattice dynamics and antiferroelectricity in PbZrO3 tested by x-ray and Brillouin light scattering. Phys. Rev. B 90, 144301 (2014).
https://doi.org/10.1103/PhysRevB.90.144301
J. Hlinka, I. Gregora, V. Vorlcek. Complete spectrum of long-wavelength phonon modes in Sn2P2S6 by Raman scattering. Phys. Rev. B 65, 064308 (2002).
https://doi.org/10.1103/PhysRevB.65.064308
A. Kohutych, R. Yevych, S. Perechinskii, V. Samulionis, J. Banys, Yu. Vysochanskii. Sound behavior near the Lifshitz point in proper ferroelectrics. Phys. Rev. B 82, 054101 (2010).
https://doi.org/10.1103/PhysRevB.82.054101
A. Kohutych, R. Yevych, S. Perechinskii, Y. Vysochanskii. Acoustic attenuation in ferroelectric Sn2P2S6 crystals. Open Physics 8, 905 (2010).
https://doi.org/10.2478/s11534-010-0016-x
Yu.M. Vysochanskii, A.A. Kohutych, A.V. Kityk, A.V. Zadorozhna, M.M. Khoma, A.A. Grabar. Tricritical behavior of Sn2P2S6 ferroelectrics at hydrostatic pressure. Ferroelectrics 399, 83 (2010).
https://doi.org/10.1080/00150193.2010.489866
R.M. Yevych, Yu.M. Vysochanskii, M.M. Khoma, S.I. Perechinskii. Lattice instability at phase transitions near the Lifshitz point in proper monoclinic ferroelectrics. J. Phys.: Condens. Matter 18, 4047 (2006).
https://doi.org/10.1088/0953-8984/18/16/011
A.N. Morozovska, Yu.M. Vysochanskii, O.V. Varenyk, M.V. Silibin, S.V. Kalinin, E.A. Eliseev. Flexocoupling impact on the generalized susceptibility and soft phonon modes in the ordered phase of ferroics. Phys. Rev. B 92, 094308 (2015).
https://doi.org/10.1103/PhysRevB.92.094308
A.N. Morozovska, E.A. Eliseev, C.M. Scherbakov, Yu.M. Vysochanskii. The influence of elastic strain gradient on the upper limit of exocoupling strength, spatially-modulated phases and soft phonon dispersion in ferroics. Phys. Rev. B 94, 174112 (2016).
https://doi.org/10.1103/PhysRevB.94.174112
A.N. Morozovska, M.D. Glinchuk, E.A. Eliseev, Yu.M. Vysochanskii. Flexocoupling-induced soft acoustic mode and the spatially modulated phases in ferroelectrics. Phys. Rev. B 96, 094111 (2017).
https://doi.org/10.1103/PhysRevB.96.094111
A.N. Morozovska, V.V. Khist, M.D. Glinchuk, C.M. Scherbakov, M.V. Silibin, D.V. Karpinsky, E.A. Eliseev. Flexoelectricity-induced spatially modulated phases in ferroics and liquid crystals. J. Molecul. Liq. 267, 550 (2018); arXiv:1710.01033.
L.D. Landau, E.M. Lifshitz. Theory of Elasticity. Theoretical Physics (Butterworth-Heinemann, 1998), Vol. 7.
S.W.H. Eijt, R. Currat, J.E. Lorenzo, P. Saint-Gregoire, B. Hennion, Yu.M. Vysochanskii. Soft modes and phonon interactions in Sn2P2S6 studied by neutron scattering. Eur. Phys. J. B 5, 169 (1998).
https://doi.org/10.1007/s100510050431
E.A. Eliseev, A.N. Morozovska, M.D. Glinchuk, R. Blinc. Spontaneous exoelectric/exomagnetic effect in nanoferroics. Phys. Rev. B 79, 165433 (2009).
https://doi.org/10.1103/PhysRevB.79.165433
P.V. Yudin, R. Ahluwalia, A.K. Tagantsev. Upper bounds for exocoupling coeffcients in ferroelectrics. Appl. Phys. Lett. 104, 082913 (2014).
https://doi.org/10.1063/1.4865208
S. Mao, P.K. Purohit. Insights into exoelectric solids from strain-gradient elasticity. J. Appl. Mech. 81, 081004 (2014).
https://doi.org/10.1115/1.4027451
M. Stengel. Unified ab initio formulation of exoelectricity and strain-gradient elasticity. Phys. Rev. B 93, 245107 (2016).
https://doi.org/10.1103/PhysRevB.93.245107
N.H. March, W.H. Young, S. Sampanthar. The Many-Body Problem in Quantum Mechanics (Cambridge Univ. Press, 1967).
C.P. Bean, D.S. Rodbell. Magnetic disorder as a first-order phase transformation. Phys. Rev. B 126, 104 (1962).
Downloads
Опубліковано
Як цитувати
Номер
Розділ
Ліцензія
Ліцензійний Договір
на використання Твору
м. Київ, Україна
Відповідальний автор та співавтори (надалі іменовані як Автор(и)) статті, яку він (вони) подають до Українського фізичного журналу, (надалі іменована як Твір) з одного боку та Інститут теоретичної фізики імені М.М. Боголюбова НАН України в особі директора (надалі – Видавець) з іншого боку уклали даний Договір про таке:
1. Предмет договору.
Автор(и) надає(ють) Видавцю безоплатно невиключні права на використання Твору (наукового, технічного або іншого характеру) на умовах, визначених цим Договором.
2. Способи використання Твору.
2.1. Автор(и) надає(ють) Видавцю право на використання Твору таким чином:
2.1.1. Використовувати Твір шляхом його видання в Українському фізичному журналі (далі – Видання) мовою оригіналу та в перекладі на англійську (погоджений Автором(ами) і Видавцем примірник Твору, прийнятого до друку, є невід’ємною частиною Ліцензійного договору).
2.1.2. Переробляти, адаптувати або іншим чином змінювати Твір за погодженням з Автором(ами).
2.1.3. Перекладати Твір у випадку, коли Твір викладений іншою мовою, ніж мова, якою передбачена публікація у Виданні.
2.2. Якщо Автор(и) виявить(лять) бажання використовувати Твір в інший спосіб, як то публікувати перекладену версію Твору (окрім випадку, зазначеного в п. 2.1.3 цього Договору); розміщувати повністю або частково в мережі Інтернет; публікувати Твір в інших, у тому числі іноземних, виданнях; включати Твір як складову частину інших збірників, антологій, енциклопедій тощо, то Автор(и) мають отримати на це письмовий дозвіл від Видавця.
3. Територія використання.
Автор(и) надає(ють) Видавцю право на використання Твору способами, зазначеними у п.п. 2.1.1–2.1.3 цього Договору, на території України, а також право на розповсюдження Твору як невід’ємної складової частини Видання на території України та інших країн шляхом передплати, продажу та безоплатної передачі третій стороні.
4. Строк, на який надаються права.
4.1. Договір є чинним з дати підписання та діє протягом усього часу функціонування Видання.
5. Застереження.
5.1. Автор(и) заявляє(ють), що:
– він/вона є автором (співавтором) Твору;
– авторські права на даний Твір не передані іншій стороні;
– даний Твір не був раніше опублікований і не буде опублікований у будь-якому іншому виданні до публікації його Видавцем (див. також п. 2.2);
– Автор(и) не порушив(ли) права інтелектуальної власності інших осіб. Якщо у Творі наведені матеріали інших осіб за виключенням випадків цитування в обсязі, виправданому науковим, інформаційним або критичним характером Твору, використання таких матеріалів здійснене Автором(ами) з дотриманням норм міжнародного законодавства і законодавства України.
6. Реквізити і підписи сторін.
Видавець: Інститут теоретичної фізики імені М.М. Боголюбова НАН України.
Адреса: м. Київ, вул. Метрологічна 14-б.
Автор: Електронний підпис від імені та за погодження всіх співавторів.