Теоретическое исследование динамики решетки и структурных фазовых переходов в манганитах со структурой перовскита и в феррите висмута

• Автор: Павловский, Максим Сергеевич
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2009
• Место защиты: Красноярск
• Количество страниц: 97 с. : ил.

Оглавление
ОГЛАВЛЕНИЕ

Введение

Глава 1. Исследования манганитов

1.1. Исследования динамики решетки и структуры манганитов (обзор)

1.2. Метод расчета

Глава 2. Динамика кристаллической решетки соединений ЬаМпОз, СаМпОз и вгМпОз- Структурный фазовый переход типа смещения в соединениях ЬаМп03 И СаМпОз

2.1. Динамика решетки соединений ЬаМпОз, СаМпОз и БгМпОз

2.2. Структурные фазовые переходы в кристаллах ЬаМпОз и СаМпОз

Глава 3. Динамика кристаллической решетки и структурный фазовый переход типа смещения в твердых растворах Еа(1_Х)СахМпОз и Ьа(1.х)8гхМп03 (х = 0.25, 0.5, 0.75)
3.1. Динамика решетки твердых растворов в кубической фазе
3.2. Динамика решетки твердых растворов в искаженных фазах
3.3. Структурные фазовые переходы в кристаллах Еа(,.х)СахМпОз
Глава 4. Динамика решетки и сегнетоэлектрическая неустойчивость под
гидростатическим давлением в мультиферроике ЮТеОз
Заключение
Список литературы
ВВЕДЕНИЕ
Объект исследования и актуальность темы.
Физические свойства манганитов, оксидных материалов на основе Мп, оказываются настолько богатыми и разнообразными, что это само по себе вызывает интерес к ним как экспериментаторов, так и теоретиков. Фазовые диаграммы и физические свойства твердых растворов в некоторых соединениях кардинально меняются при изменении концентрации компонент раствора. Например, ЬаСаМпОз при концентрациях 0.2<х<0.48 испытывает переход металл-диэлектрик, а при других концентрациях остается диэлектриком. Кроме того, в зависимости от состава, как чистые соединения, так и их твердые растворы испытывают разнообразные структурные фазовые переходы, и физические свойства существенным образом зависят от искажений кристаллической решетки. Важную роль в формировании необычных свойств манганитов играют колебания кристаллической решетки и информация о фононном спектре этих соединений важна для понимания их свойств.
На ровне с манганитами также в последние годы особый интерес исследователей привлекают соединения другого класса - окислы со структурой перовскита, содержащие магнитные ионы, так называемые мультиферроики. В таких материалах наряду со структурными переходами (особый интерес представляют сегнетоэлектрическис переходы) имеются магнитные фазовые переходы, и здесь появляется возможность приложением внешнего электрического поля воздействовать на магнитную систему и наоборот, внешним магнитным полем можно воздействовать на решеточные степени свободы.
Первопринципные расчеты свойств кристаллов являются одним из актуальных направлений в физике твердого тела, поскольку в результате этих расчетов появляется возможность объяснять и предсказывать физические свойства материалов. Что касается твердых растворов, то такие расчеты в

принципе позволяют определять оптимальный химический состав соединений обладающих нужными для практических приложений свойствами.
В связи с вышеизложенным, целью диссертационной работы является теоретическое исследование динамики кристаллической решетки кубической и искаженных фаз в манганитах со структурой перовскита и феррите висмута в рамках обобщенного метода Гордона-Кима с учетом дипольной и квадрупольной поляризуемостей ионов, расчет структурных фазовых переходов в этих соединениях.
Научная новизна и практическая значимость определяется тем, что в рамках обобщенной модели Гордона-Кима впервые был проведен расчет динамики решетки кубической и искаженных фаз твердых растворов манганитов и исследована зависимость сегнетоэлектрической нестабильности от гидростатического давления феррита висмута в кубической и ромбоэдрической фазах.
Структура диссертации.
Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка литературы.
В первой главе дается литературный обзор существующей в настоящее время ситуации по исследованию структурных свойств и динамики кристаллической решетки манганитов со структурой перовскита и их твердых растворов, приводится описание, используемого в работе метода расчета и формулируются задачи данной работы.
Во второй главе приводятся результаты расчета динамики решетки, высокочастотной диэлектрической проницаемости, эффективных зарядов Борна для кубической, ромбической и ромбоэдрической фаз кристаллов ЬаМпОз и СаМпОз, для кубической и гексагональной фаз кристалла БгМп03.

и.ст
Рисунок 3. Полные фононные спектры кубических фаз кристаллов
ЬаМпОз (вверху), СаМп03 (в середине) и БгМпОз (внизу).
Мнимые частоты показаны отрицательными значениями.
Собственные вектора мод К25 и М3 (рис. 4а.) соответствуют разного типа «поворотам» кислородных октаэдров МпОб и, соответственно, конденсация какой либо из этих мод приводит к искажению кристаллической решетки, связанному с разного типа поворотами кислородных октаэдров. Обозначим, как в монографии [61], искажение по одной компоненте собственного вектора моды ГСз символом ср, искажение по собственному вектору моды М3 символом |/, а сами значения ср и у представляют собой величины углов поворота октаэдров Мп06. Таким образом, любую искаженную структуру (имеются ввиду только поворотные искажения) теперь можно характеризовать набором из трех поворотов типа ф или р вокруг осей куба [100], [010] и [001]. На рис. 46. показано искажение (00ф), при котором перпендикулярные оси [001] соседние слои кислородных октаэдров повернуты вокруг этой оси в противоположные стороны относительно друг