Nová metoda měření disperzních křivek polárních kmitů mříže demostrována na magnetoelektrickém krystalu BiFeO3

Text

Bismutitý ferit (BiFeO3) je prototypický multiferoický systém s výjimečnými vlastnostmi: je antiferomagnetický do teploty TN ~ 640 K a feroelektrický do teploty TC ~ 1100 K. Popis chování polárních kmitů mříže je základem pro pochopení jeho dielektrických a elektromechanických vlastností. Přiřazení kmitových (fononových) módů detekovaných v Ramanových spektrech BiFeO3 je komplikováno přítomností tzv. smíšených módů.

Frekvence těchto módů neodpovídají frekvencím čistých longitudinálních (LO) a transversálních (TO) módů; jejich frekvence se spojitě mění v závislosti na orientaci vlnového vektoru fononu. U monokrystalické látky můžeme vibrační módy přiřadit na základě analýzy spekter změřených pro různé hodnoty úhlu mezi vlnovým vektorem fononu a optickou osou (směrová disperze). Ve spolupráci s universitou v Sheffieldu se nám podařilo vyvinout původní metodiku, která umožnila pro určení těchto silně anizotropních krystalových vlastností vůbec poprvé použít polykrystalický materiál. Metodika využívá citlivost a prostorové rozlišení současných mikro-Ramanových spektrometrů pro získání dostatečně velkého souboru spekter změřených na různých náhodně orientovaných zrnech keramiky, viz obrázek. Kompletní soubor TO a LO frekvencí potřebný k výpočtu směrové disperze jsme určili z limitních hodnot měřených spektrálních rezonancí v rámci celého souboru spekter. Úhel mezi vlnovým vektorem fononu a optickou osou jsme pro každé zrno následně určili ze změřené frekvence odpovídající referenčnímu smíšenému módu. Na základě takto získané směrové disperze parametrů fononových módů jsme pak provedli jejich úplné přiřazení.

zprava_fig5_middle.png
Popis
Spektra kmitů mříže multiferoika BiFeO3. (a) Ramanova spektra vybraných zrn keramiky. Bodové symboly označují pozice čistých módů. (b) Směrová disperze. Plné čáry představují smíšené módy, čárkované čáry čistě transverzální větve E(TO), prázdné kroužky frekvence modů z Ramanových spekter jednotlivých zrn v závislosti na úhlu mezi vlnovým vektorem fononu a optickou osou.