Дилатометричні дослідження кристалів LiNH4SO4 з домішкою марганцю

Автор(и)

  • R.S. Brezvin Ivan Franko National University of Lviv
  • O.Ya. Kostetskyi Ivan Franko National University of Lviv
  • V.Yo. Stadnyk Ivan Franko National University of Lviv
  • P.A. Shchepanskyi Ivan Franko National University of Lviv, Lviv Polytechnic National University
  • O.M. Horina Lviv Polytechnic National University, Lviv State University of Life Safety
  • M.Ya. Rudysh Ivan Franko National University of Lviv, Lviv Polytechnic National University, Jan Dlugosz University in Che˛stochowa, Lesya Ukrainka Volyn National University
  • A.O. Shapravskyi Ivan Franko National University of Lviv

DOI:

https://doi.org/10.15407/ujpe67.7.536

Ключові слова:

кристал, домiшка, термiчне розширення, фазовий перехiд, диференцiальний термiчний аналiз

Анотація

Синтезовано кристал лiтiй-амонiй сульфату з домiшкою марганцю Mn (5%) та уточнено його структуру (координати атомiв та параметри елементарної ґратки). Встановлено, що введення домiшки призводить лише до змiни абсолютних значень термiчного розширення Δl/l0, не змiнюючи його характеру, притому вздовж напрямку Z в околi точки фазового переходу виявлено негативне термiчне розширення. Показано, що введення домiшки приводить до змiщення точки фазового переходу в бiк нижчих температур з 461 К (для чистого) до 455,7 К (для домiшкового), до зменшення величини коефiцiєнта лiнiйного розширення αi в областi позитивного термiчного розширення, та його збiльшення в областi негативного термiчного розширення, а також спричиняє зростання температурного iнтервалу iснування дiлянки негативного термiчного розширення. Побудовано вказiвнi поверхнi коефiцiєнта термiчного розширення в сегнетота параелектричнiй фазах. Проведено незалежне вивчення та пiдтвердження фазового переходу методом диференцiального термiчного аналiзу.

Посилання

P. Tomaszewski. Polytypism of alpha-LiNH4SO4 crystals. Solid State Commun. 81, 333 (1992).

https://doi.org/10.1016/0038-1098(92)90821-P

A. Pietraszko, K. Lukaszewicz. Crystal structure of α-LiNH4SO4 in the basic polytypic modification. Pol. J. Chem. 66, 2057 (1992).

H. Mashiyama, H. Kasano. Refined crystal structure of LiNH4SO4 including hydrogen atoms in phases II and III. J. Phys. Soc. Jpn. 62, 155 (1993).

https://doi.org/10.1143/JPSJ.62.155

X. Solans, J. Mata, M.T. Calvet, M. Font-Bardia. X-ray structural characterization, Raman and thermal analysis of LiNH4SO4 above room temperature. J. Phys: Condens. Matter. 11, 8995 (1999).

https://doi.org/10.1088/0953-8984/11/46/303

M. Polomska, B. Hilczer, J. Baran. FIR studies of α and beta polymorphs of LiNH4SO4 single crystals. J. Mol. Struct. 325, 105 (1994).

https://doi.org/10.1016/0022-2860(94)80024-3

M.Ya. Rudysh, V.Yo. Stadnyk, R.S. Brezvin, P.A. Shchepanskyi. Energy band structure of LiNH4SO4 crystals. Phys. Solid State 57, 53 (2015).

https://doi.org/10.1134/S1063783415010254

V.I. Stadnyk, R.S. Brezvin, M.Ya. Rudysh, P.A. Shchepanskyi, V.M. Gaba, Z.A. Kogut. On isotropic states in α-LiNH4SO4 crystals. Opt. Spectrosc. 117, 756 (2014).

https://doi.org/10.1134/S0030400X14110216

N.P. Sabalisck, C. Guzm'an-Afonso, C. Gonz'alez-Silgo, M.E. Torres, J. Pas'an, J. del-Castillo, D. Ramos-Hern'andez, A. Hern'andez-Su'arez, L. Mestres. Structures and thermal stability of the α-LiNH4SO4 polytypes doped with Er3+ and Yb3+. Acta Crystallogr. B 73, 122 (2017).

https://doi.org/10.1107/S2052520616019028

D. Komornicka, M. Wolcyrz, A. Pietraszko. Polymorphism and polytypism of α-LiNH4SO4 crystals. Monte Carlo modeling based on X-ray diffuse scattering. Cryst. Growth Des. 14, 5784 (2014).

https://doi.org/10.1021/cg501044n

T.I. Chekmasova, I.P. Aleksandrova. NMR investigation of the high-pressure phase in LiNH4SO4. Phys. Status Solidi A 49, K185 (1978).

https://doi.org/10.1002/pssa.2210490267

B.O. Hildmann, Th. Hahn, L.E. Crossand, R.E. Newnham. Lithium ammonium sulphate, a polar ferroelastic which is not simultaneously ferroelectric. Appl. Phys. Lett. 27, 103 (1975).

https://doi.org/10.1063/1.88396

M.A. Gaffar, A. Abu El-Fadl. Electric, dielectric and optical studies of the lower phase transition of lithium ammonium sulphate single crystals. Physica B 262, 159 (1999).

https://doi.org/10.1016/S0921-4526(98)00449-9

M.Ya. Rudysh, V.Yo. Stadnyk, P.A. Shchepanskyi, R.S. Brezvin, J. Jedryka, I.V. Kityk. Specific features of refractive, piezo-optic and nonlinear optical dispersions of beta-LiNH4SO4 single crystals. Physica B 508, 411919 (2020).

https://doi.org/10.1016/j.physb.2019.411919

M.Y. Rudysh, M.G. Brik, O.Y. Khyzhun, A.O. Fedorchuk, I.V. Kityk, P.A. Shchepanskyi, V.Y. Stadnyk, G. Lakshminarayana, R.S. Brezvin, Z. Bak, M. Piasecki. Ionicity and birefringence of α-LiNH4SO4 crystals: ab-initio DFT study and X-ray spectroscopy measurements. RSC Adv. 7, 6889 (2017).

https://doi.org/10.1039/C6RA27386F

S. Hirotsu, Y. Kunii, I. Yamamoto, M. Miyamoto, T. Mitsui. Brillouin scattering study of the ferroelectric phase transition in NH4LiSO4. Phys. Soc. Jpn. 50, 3392 (1981).

https://doi.org/10.1143/JPSJ.50.3392

V.Yo. Stadnyk, R.S. Brezvin, M.Ya. Rudysh, P.A. Shchepanskyi, V.Yu. Kurlyak. Piezooptic properties of LiNH4SO4 crystals. Crystallogr. Rep. 60, 388 (2015).

https://doi.org/10.1134/S106377451502025X

M. Polomska, W.Schranz, J. Wolak. Pretransitional effect below the ferroelectric-paraelectric phase transition in beta-LiNH4SO4. J. Phys.: Condens. Matter 11, 4275 (1999).

https://doi.org/10.1088/0953-8984/11/21/313

M.T. Sebastian, R.A. Becker, H. Klapper. X-ray diffraction study of lithium hydrazinium sulfate and lithium ammonium sulfate crystals under a static electric field. J. Appl. Cryst. 24, 1015 (1991).

https://doi.org/10.1107/S0021889891007112

T. Mitsui, T. Oka, Y. Shiroshi, M. Takashigi, K. Ito, S. Sawada. Ferroelectricity in NH4LiSO4. J. Phys. Soc. Jpn. 39, 845 (1975).

https://doi.org/10.1143/JPSJ.39.845

M. Polomska, N.A. Tikhomirova. Domain structure of LiN/H,D/4SO4 revealed by liquid crystal decoration. Ferroelectrics Lett. 44, 205 (1982).

https://doi.org/10.1080/07315178208202395

S. Krishnan, S.J. Raj, R. Robert, S. Ramanand, A.J. Das. Mechanical, theoretical and dielectric studies on ferroelectric lithium ammonium sulphate (LAS) single crystals. Solid State Electron. 52, 1157 (2008).

https://doi.org/10.1016/j.sse.2008.03.015

J. Chen, L. Hu, J. Deng, X. Xing. Negative thermal expansion in functional materials: controllable thermal expansion by chemical modifications. Chem. Soc. Rev. 44, 3522 (2015).

https://doi.org/10.1039/C4CS00461B

B.C. Venkata Reddy, G. Sankaiz Kupak, I. Aruna Kunari. Electronic absorption spectrum of Cu2+ ions doped in lithium ammonium sulphate crystal. Ferroelectrics Lett. 7, 43 (1987).

https://doi.org/10.1080/07315178708200511

M. Gaafar, M.E. Kassem, S.H. Kandil. Phase transition in lithium ammonium sulphate doped with cesium metal ions. Solid State Commun. 115, 509 (2000).

https://doi.org/10.1016/S0038-1098(00)00216-7

M.A. Gaffar, A. Abu E1 Fadl, A. Galal Mohamed. Specific heat and electrical resistivity of pure and doped lithiumammonium sulphate single crystals. Physica B 217, 274 (1996).

https://doi.org/10.1016/0921-4526(95)00886-1

M.A. Gaffar, Galal A. Mohamed, A. Abu EI-Fadl, A.M. Mebed. Thermal properties of pure and doped lithium-ammonium sulphate single crystals. Physica B 205, 224 (1995).

https://doi.org/10.1016/0921-4526(94)00291-3

A. Hadni, R. Thomas. Observation of domain wall motions in alanine doped triglycine sulphate ferroelectric crystal. Appl. Phys. 10, 91 (1976).

https://doi.org/10.1007/BF00929533

A. Hadni, R. Thomas. Localized irreversible thermal switching of spontaneous polarization in ferroelectrics by laser. Ferroelectrics 7, 87 (1974).

https://doi.org/10.1080/00150197408237987

U. Robels, J.H.Calderwood. Shift and deformation of the hysteresis curve of ferroelectrics by defects: An electrostatic model. J. Appl. Phys. 77, 4002 (1995).

https://doi.org/10.1063/1.359511

R.B. Matviiv, M.Ya. Rudysh, V.Yo. Stadnyk, A.O. Fedorchuk, P.A. Shchepanskyi, R.S. Brezvin, O.Y. Khyzhun. Structure, refractive and electronic properties of K2SO4 : Cu2+ (3%) crystals. Curr. Appl. Phys. 21, 80 (2021).

https://doi.org/10.1016/j.cap.2020.09.015

V.Yo. Stadnyk, R.B. Matviiv, M.Ya. Rudysh, R.S. Brezvin, P.A. Shchepanskyi, B.V. Andrievskii. Refractive parameters and band energy structure of K2SO4 crystals doped with copper. J. Appl. Spectrosc. 87, 143 (2020).

https://doi.org/10.1007/s10812-020-00975-7

O.S. Kushnir, P.A. Shchepanskyi, V.Yo. Stadnyk, A.O. Fedorchuk. Relationships among optical and structural characteristics of ABSO4 crystals. Opt. Mater. 95, 109221 (2019).

https://doi.org/10.1016/j.optmat.2019.109221

M.O. Romanyuk. Workshop on Crystal Optics and Crystal Physics (Lviv Nat. Univ., 2012) (in Ukrainian).

S.I. Novikova. Thermal Expansion of Solids (Nauka, 1974) (in Russian).

I.M. Shmytko, N.S. Afonikova, V.I. Torgashev. Anomalous states of the structure of (NH4)2SO4 crystals in the temperature range 4.2-300 K. Phys. Solid State 44, 2309 (2002).

https://doi.org/10.1134/1.1529929

I.M. Shmytko, N.S. Afonikova, V.I. Torgashev. Anomalous states of the crystal structure of (Rb0.1(NH4)0.9)2SO4 solid solutions in the temperature range 4.2-300 K. Phys. Solid State 44, 2165 (2002).

https://doi.org/10.1134/1.1521474

Downloads

Опубліковано

2022-11-26

Як цитувати

Brezvin, R., Kostetskyi, O., Stadnyk, V., Shchepanskyi, P., Horina, O., Rudysh, M., & Shapravskyi, A. (2022). Дилатометричні дослідження кристалів LiNH4SO4 з домішкою марганцю. Український фізичний журнал, 67(7), 536. https://doi.org/10.15407/ujpe67.7.536

Номер

Том 67 № 7 (2022)

Розділ

Напівпровідники і діелектрики

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.

Crossref
Scopus
Google Scholar
Europe PMC