Теплоемкость и особенности фононного спектра монокристаллов твердых растворов иттрий-лютециевых алюмогранатов

Обложка

Цитировать

Полный текст

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

Аннотация

Измерены температурные зависимости теплоемкости и исследованы общие закономерности формирования фононного спектра монокристаллов твердых растворов иттрий-лютециевых алюмогранатов Y3–xLuxAl5O12 при 0≤x≤3 в интервале температур от 1.9 до 220 K. По данным, полученным ниже 10 K, рассчитаны температуры Дебая. Особенности фононного спектра в промежуточной температурной области интерпретированы как суперпозиция оптических мод для иттриевого и лютециевого гранатов. Показано, что низкие значения теплоемкости, обусловленной вкладом акустических фононов, для Y2.25Lu0.75Al5O12 коррелируют с аномалиями на концентрационных зависимостях фононного транспорта, поглощения акустических волн и формы линии ЯМР алюминия.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

С. А. Никитов

Институт радиотехники и электроники им. В.А. Котельникова РАН

Email: taranov@cplire.ru
Россия, Москва

А. В. Таранов

Институт радиотехники и электроники им. В.А. Котельникова РАН

Автор, ответственный за переписку.
Email: taranov@cplire.ru
Россия, Москва

Е. Н. Хазанов

Институт радиотехники и электроники им. В.А. Котельникова РАН

Email: taranov@cplire.ru
Россия, Москва

Е. В. Чарная

Санкт-Петербургский государственный университет

Email: taranov@cplire.ru
Россия, Санкт-Петербург

М. В. Лихолетова

Санкт-Петербургский государственный университет

Email: taranov@cplire.ru
Россия, Санкт-Петербург

Е. В. Шевченко

Санкт-Петербургский государственный университет

Email: taranov@cplire.ru
Россия, Санкт-Петербург

Список литературы

  1. Каминский А.А. Лазерные кристаллы. М.: Наука, 1975.
  2. Каминский А.А., Таранов А.В., Хазанов Е.Н., Акчурин М.Ш. Особенности структуры диэлектрических лазерных оксидных керамик // Квантовая электроника. 2012. Т. 42. С. 880–886.
  3. Kuz’mints M.D., Tishin A.M. Magnetic refrigerants for the 4.2–20 K region: garnets or perovskites? // J. Phys. D: Appl. Phys. 1991. V. 24. P. 2039–2044.
  4. Ivanov S.N. The Use of Yttrium-Rare Earth Aluminium Garnet Solid Solutions for Bulk-Acoustic-Wave (BAW) Devices // IEEE Trans. Ultrason. Ferroelectr. Freq. Control. 1992. V. 39. P. 653–656.
  5. Hickernell F.S. -3- Surface acoustic wave technology macrosuccess through microseisms, Physical Acoustics. Academic Press, 1999. V. 24. P. 135–207.
  6. Гуляев Ю.В., Хикернелл Ф.С. Акустоэлектроника: История, современное состояние и новые идеи для новой эры // Акуст. журн. 2005. Т. 51. № 1. С. 101–110.
  7. Никитов С.А., Таранов А.В., Хазанов Е.Н. Фононная спектроскопия твердых диэлектриков // Акуст. журн. 2023. Т. 69. № 1. С. 41–55.
  8. Займан Дж. Модели беспорядка. М.: Мир, 1982. 592 с.
  9. Козырев С.В., Маслов А.Ю. Влияние флуктуаций состава твердых растворов на подвижность двумерного электронного газа в полупроводниковых гетероструктурах // ФТП. 1988. Т. 22. № 3. С. 433–438.
  10. Ефиценко П.Ю., Чарная Е.В. Фононная релаксация, теплопроводность и затухание ультразвука в частично упорядоченных смешанных кристаллах // ФТТ. 1990. Т. 32. № 8. С. 2436–2440.
  11. Hurrell I.P., Porto S.P.S., Chang I.F., Mitrar S.S., Вanman R.P. Optical phonons of yttrium aluminum garnet // Phys. Rev. 1968. V. 173. P. 851–855.
  12. Mace G., Schaack G., Toaning N.G., Koningstein I.A. Optical phonons of terbium-, dysprosium-, and ytterbium-garnet // Z. Phys. 1970. V. 230. P. 391–402.
  13. Василькевич А.А., Горбачев Б.И., 3отеев О.Е., Иваницкий П.Г., Кротенко В.Т., Минков Б.И., Пасечник М.В., Сазонова С.А., Скоробогатов Б.С., Слисенко В.И. // ФТТ. 1976. Т. 18. С. 3195.
  14. Морозов С.И., Данилкин С.А., 3акуркин В.В. Препринт ФЭИ-1130. Обнинск: Физико-энергетический институт, 1980.
  15. Морозов С.И., Данилкин С.А., Закуркин В.В., Иванов С.Н., Медведь В.В., Ахметов С.Ф., Давыдченко А.Г. Спектры неупругого рассеяния медленных нейтронов и распространение акустических волн в твердом растворе Y3–хLuхAl5O12 // ФТТ. 1983. Т. 25. № 4. С. 1135–1142.
  16. Slack G.A., Oliver D.W. Thermal conductivity of garnets and phonon scattering by rare-earth ions // Phys. Rev. B. 1971. V. 4. P. 592–608.
  17. Каган Ю.М., Иосилевский Я.А. Эффект Моссбауэра для примесного ядра в кристалле I // Журн. эксп. теор. физ. 1962. Т. 42. № 1. С. 259–272.
  18. Brout R., Wissсhеr W.W. Suggested Experiment on Approximate Localized Modes in Crystals // Phys. Rev. Lett. 1962. V. 9. P. 54.
  19. Иванов С.Н., Медведь В.В., Котелянский И.М., Хазанов Е.Н. Резонансное фонон-примесное рассеяние в твердых растворах (Y1–cLuc)3Al5O12 // ФТТ. 1986. Т. 28. № 10. С. 2941–2945.
  20. Efitsenko P.Y., Hazanov E.N., Ivanov S.N., Medved V.V., Tcharnaya E.V. Phonon-impurity scattering in solid solution of Yttrium-Lutetium Aluminium Garnets // Phys. Lett. A. 1990. V. 147. № 2–3. P. 135–138.
  21. Mekki H., Guerbous L., Bousbia-salah H., Boukerika A., Lebbou K. Scintillation properties of (Lu1-xYx)3Al5O12:Ce3+ nanoscintillator solid solution garnet materials // JINST. 2023. V. 18. P. 02007.
  22. Tari A. The specific heat of matter at low temperatures. London: Imperial College Press, 2003. 339 p.
  23. Konings R.J.M., van der Laan R.R., van Genderen A.C.G., van Miltenburg J.C. The heat capacity of Y3Al5O12 from 0 to 900 K // Thermochim. Acta. 1998. V. 313. P. 201–206.
  24. Sato Y., Taira T. Study on the specific heat of Y3Al5O12 between 129 K and 573 K // Opt. Mater. Express. 2021. V. 11. № 2. P. 551–558.
  25. Aggarwal R.L., Ripin D.J., Ochoa J.R., Fan T.Y. Measurement of thermo-optic properties of Y3Al5O12, Lu3Al5O12, YAlO3, LiYF4, LiLuF4, BaY2F8, KGd(WO4)2, and KY(WO4)2 laser crystals in the 80–300 K temperature range // J. Appl. Phys. 2005. V. 98. P. 103514.
  26. Sagi S., Hayun S. High-temperature heat capacity of SPS-processed Y3Al5O12 (YAG) and Nd:YAG // J. Chem. Thermodyn. 2016. V. 93. P. 123–126.
  27. Лезова И.E., Карбань О.В., Таранов A.В., Хазанов E.Н., Чарная E.В. Кинетические характеристики фононов и структурные неоднородности твердых растворов моноалюминатов Y1–xErxAlO3 // Журн. эксп. теор. физ. 2020. Т. 157. № 1. С. 90–96.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Температурные зависимости теплоемкости C в монокристаллах твердых растворов Y3–хLuхAl5O12

Скачать (116KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Концентрационные зависимости в монокристаллах твердых растворов Y3-хLuхAl5O12: (а) – обратного времени рассеяния фононов тепловых частот 1/τ0 [19]; (б) – ширины линии ЯМР 27Al [20]; (в) – теплоемкости

Скачать (153KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Экспериментальные (символы) и теоретические (линии) температурные зависимости теплоемкости C твердых растворов Y3–хLuхAl5O12

Скачать (101KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Зависимости C/T 3 для Y3–хLuхAl5O12 (символы) и их аппроксимация (линии) на основе модели Эйнштейна

Скачать (180KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Зависимости C/T 3 для Y1–xErxAlO3 (символы) и их аппроксимация (линии) на основе модели Эйнштейна

Скачать (157KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2024