Nature of Dielectric Relaxation in SrTiO3:Mn Single Crystals

Мұқаба

Дәйексөз келтіру

Толық мәтін

Ашық рұқсат Ашық рұқсат
Рұқсат жабық Рұқсат берілді
Рұқсат жабық Тек жазылушылар үшін

Аннотация

Dielectric spectra of SrTiO3 and SrTiO3:Mn single crystals have been studied in the frequency range of 10‒3000 cm–1 and in the temperature range of 5–297 K using time-domain terahertz spectroscopy and Fourier-transform infrared spectroscopy. A comparative analysis of the experimental results made it possible to detect a significant broadening of the absorption lines corresponding to the Slater and Last phonon modes, while the parameters of the Axe mode when replacing Ti with Mn (2 at %) stay invariant. This effect is associated with an enhance in structural disorder in the cation subsystem (B-sublattice) of the SrTiO3 crystal. It has been established that doping with Mn ions reduces the antiferrodistortive phase transition temperature by about 20 K, but hardly affects the character of the temperature dependence of the parameters of a ferroelectric soft mode at temperatures of about 60–297 K. It has been found that an additional excitation with the frequency below the frequency of the ferroelectric soft mode should be taken into account for an appropriate model description of the dispersion of the permittivity of SrTiO3:Mn in the terahertz frequency range. The results obtained in this work indicate that dielectric relaxation in the SrTiO3:Mn crystal is due to thermally activated hops of Mn atoms between displaced (noncentral) crystallographic sites; i.e., the mechanism of radiofrequency relaxation in SrTiO3:Mn is hopping rather than polaronic, which is also actively discussed in the literature.

Авторлар туралы

M. Talanov

Laboratory of Terahertz Spectroscopy, Center for Photonics and 2D Materials, Moscow Institute of Physics and Technology (National Research University)

Email: mvtalanov@gmail.com
141701, Dolgoprudnyi, Moscow region, Russia

E. Zhukova

Laboratory of Terahertz Spectroscopy, Center for Photonics and 2D Materials, Moscow Institute of Physics and Technology (National Research University)

Email: mvtalanov@gmail.com
141701, Dolgoprudnyi, Moscow region, Russia

B. Nekrasov

Laboratory of Terahertz Spectroscopy, Center for Photonics and 2D Materials, Moscow Institute of Physics and Technology (National Research University)

Email: mvtalanov@gmail.com
141701, Dolgoprudnyi, Moscow region, Russia

M. Savinov

Institute of Physics of the Czech Academy of Sciences

Email: mvtalanov@gmail.com
18221, Prague, Czech Republic

V. Kozlov

MIREA—Russian Technological University; Kapitza Institute for Physical Problems, Russian Academy of Sciences

Email: mvtalanov@gmail.com
119454, Moscow, Russia; 119334, Moscow, Russia

B. Gorshunov

Laboratory of Terahertz Spectroscopy, Center for Photonics and 2D Materials, Moscow Institute of Physics and Technology (National Research University)

Email: mvtalanov@gmail.com
141701, Dolgoprudnyi, Moscow region, Russia

A. Bush

MIREA—Russian Technological University

Хат алмасуға жауапты Автор.
Email: mvtalanov@gmail.com
119454, Moscow, Russia

Әдебиет тізімі

  1. A. S. Barker, Jr. and M. Tinkham, Phys. Rev. 125, 1527 (1962).
  2. R. A. Cowley, Phys. Rev. Lett. 9, 159 (1962).
  3. В. Л. Гинзбург, УФН 38, 430 (1949).
  4. П. Андерсон, Физика диэлектриков, Изд-во АН СССР, М. (1960), с. 290
  5. J. C. Anderson, Dielectrics, London, Chapman and Hall (1966).
  6. W. Cochran, Adv. Phys. 9, 387 (1960).
  7. J. F. Scott, Rev. Mod. Phys. 46(1), 83 (1974).
  8. S. Kamba, APL Mater. 9, 020704 (2021).
  9. S. M. Shapiro, J. D. Axe, G. Shirane, and T. Riste, Phys. Rev. B 6, 4332 (1972).
  10. Ю. И. Юзюк, Физика твердого тела 54(5), 963 (2012).
  11. J. Petzelt and D. Nuzhnyy, Soft polar phonon mode in SrTiO3 single crystals, ceramics and thin lms, in Strontium Titanate: Synthesis, Properties and Uses, ed. by A. Tkach and P. M. Vilarinho, Nova Science Publishers: N.Y., NY, USA (2019), p. 1.
  12. J. H. Barrett, Phys. Rev. 86(1), 118 (1952).
  13. G. Rupprecht and R. O. Bell, Phys. Rev. 125, 1915 (1962).
  14. O. G. Vendik, E. K. Hollmann, A. B. Kozyrev, and A. M. Prudan, J. Supercond. 12, 325 (1999).
  15. A. K. Tagantsev, V. O. Sherman, K. F. Asta ev, J. Venkatesh, and N. Setter, J. Electroceram 11, 5 (2003).
  16. О. Е. Квятковский, Физика твердого тела 43(8), 1345 (2001).
  17. K. A. Muller and H. Burkard, Phys. Rev. 19, 3593 (1979).
  18. K. A. Muller, W. Berlinger, and E. Tosatti, Zeitschrift fur Physik B Condensed Matter 84, 277 (1991).
  19. S. E. Rowley, L. J. Spalek, R. P. Smith, M. P. M. Dean, M. Itoh, J. F. Scott, G. G. Lonzarich, and S. S. Saxena, Nature Phys. 10(5), 367 (2014).
  20. C. W. Rischau, X. Lin, C. P. Grams, D. Finck, S. Harms, J. Engelmayer, T. Lorenz, Y. Gallais, B. Fauque, J. Hemberger, and K. Behnia, Nature Phys. 13, 643 (2017).
  21. J. M. Edge, Y. Kedem, U. Aschauer, N. A. Spaldin, and A. V. Balatsky, Phys. Rev. Lett. 115, 247002 (2015).
  22. A. Stucky, G. Scheerer, Z. Ren, D. Jaccard, J. M. Poumirol, C. Barretaeau, E. Giannini, and D. van der Marel, Sci. Rep. 6, 37582 (2016).
  23. A. Narayan, A. Cano, A. V. Balatsky, and N. A. Spaldin, Nature Mater. 18(3), 223 (2019).
  24. A. Tkach, P. M. Vilarinho, and A. L. Kholkin, Acta Mater. 54, 5385 (2006).
  25. R. A. Maier, E. Cockayne, M. Donohue, G. Cibin, and I. Levin, Chem. Mater. 32, 4651 (2020).
  26. V. V. Laguta, I. V. Kondakova, I. P. Bykov, M. D. Glinchuk, A. Tkach, P. M. Vilarinho, and L. Jastrabik, Phys. Rev. B 76, 054104 (2007).
  27. I. Levin, V. Krayzman, J. C. Woicik, A. Tkach, and P. M. Vilarinho, Appl. Phys. Lett. 96, 052904 (2010).
  28. A. I. Lebedev, I. A. Sluchinskaya, A. Erko, and V. F. Kozlovskii, JETP Lett. 89(9), 457 (2009).
  29. A. Tkach, P. M. Vilarinho, A. L. Kholkin, A. Pashkin, S. Veljko, and J. Petzelt, Phys. Rev. B 73, 104113 (2006).
  30. M. Savinov, V. A. Trepakov, P. P. Syrnikov, V. Zelezny, J. Pokorny, A. Dejneka, L. Jastrabik, and P. Galinetto, J. Phys.: Condens. Matter 20, 095221 (2008).
  31. V. V. Lemanov, E. P. Smirnova, A. V. Sotnikov, and M. Weihnacht, Phys. Sol. State. 46, 1442 (2004).
  32. M. V. Talanov, A. I. Stash, S. A. Ivanov, E. S. Zhukova, B. P. Gorshunov, B. M. Nekrasov, V. S. Stolyarov, V. I. Kozlov, M. Savinov, and A. A. Bush, J. Phys. Chem. Lett. 13(50), 11720 (2022).
  33. A. M. Balbashov and S. K. Egorov, J. Cryst. Growth. 52, 498 (1981).
  34. J. Petzelt, T. Ostapchuk, I. Gregora et al. (Collaboration), Phys. Rev. B 64(18), 184111 (2001).
  35. J. C. Galzerani and R. S. Katiyar, Solid State Commun. 41(7), 515 (1982).
  36. P. A. Fleury, J. F. Scott, and J. M. Worlock, Phys. Rev. Lett. 21, 16 (1968).
  37. G. Shirane and Y. Yamada, Phys. Rev. 177(2), 858 (1969).
  38. J. C. Slater, Phys. Rev. 78, 748 (1950).
  39. H. Vogt and G. Rossbroich, Phys. Rev. B 24, 3086 (1981).
  40. J. T. Last, Phys. Rev. 105, 1740 (1957).
  41. J. D. Axe, Phys. Rev. 157, 429 (1957).
  42. C. Z. Bi, J. Y. Ma, J. Yan, X. Fang, B. R. Zhao, D. Z. Yao, and X. G. Qiu, J. Phys.: Condens. Matter 18, 2553 (2006).
  43. F. Gervais, J.-L. Servoin, A. Barato, J. G. Bednorz, and G. Binnig, Phys. Rev. B 47, 8187 (1993).
  44. D. A. Crandles, B. Nicholas, C. Dreher, C. C. Homes, A. W. McConnell, B. P. Clayman, W. H. Gong, and J. E. Greedan, Phys. Rev. B 59, 12842 (1999).
  45. H. Trabelsi, M. Bejar, E. Dhahri, M. A. Valente, M. P. F. Graca, M. Djermouni, and A. Zaou, J. Magn. Magn. Mater. 478, 175 (2019).
  46. A. M. Glazer, Acta Cryst. B 28, 3384 (1972).
  47. M. V. Talanov and E. G. Trotsenko, Ferroelectrics 612, 36 (2023).
  48. A. Tkach, P. M. Vilarinho, A. L. Kholkin, I. M. Reaney, J. Pokorny, and J. Petzelt, Chem. Mater. 19, 6471 (2007).
  49. A. Tkach, P. M. Vilarinho, D. Nuzhnyy, and J. Petzelt, Acta Mater. 58, 577 (2010).
  50. D. Bauerle and W. Rehwald, Solid State Commun. 27, 1343 (1978).
  51. W. Zhong, R. D. King-Smith, and D. Vanderbilt, Phys. Rev. Lett. 72, 3618 (1994).
  52. J. Petzelt, G. V. Kozlov, and A. A. Volkov, Ferroelectrics 73, 101 (1987).
  53. S. Kamba, E. Buixaderas, T. Ostapchuk, and J. Petzelt, Ferroelectrics 268, 163 (2002).
  54. E. Buixaderas, S. Kamba, and J. Petzelt, Ferroelectrics 308, 131 (2004).
  55. R. L. Prater, L. L. Chase, and L. A. Boatner, Phys. Rev. B 23(1), 221 (1981).
  56. A. Pashkin, V. Zelezny, and J. Petzelt, J. Phys. Condens. Matter 17(25), L265 (2005).
  57. O. Hanske-Petitpierre, Y. Yacoby, J. Mustre de Leon, E. A. Stern, and J. J. Rehr, Phys. Rev. B 44, 6700 (1991).
  58. J. J. van der Klink and F. Borsa, Phys. Rev. B 30, 52 (1984).
  59. H. Vogt, J.Phys.: Condens. Matter 7, 5913 (1995).
  60. A. S. Barker Jr, Phys. Rev. B 12(10), 4071 (1975).
  61. S. A. Prosandeev, V. A. Trepakov, M. E. Savinov, and S. E. Kapphan, J. Phys.: Condens. Matter 13, 719 (2001).
  62. W. Kleemann, J. Dec, Y. G. Wang, P. Lehnen, and S. A. Prosandeev, J. Phys. Chem. Solids 61, 167 (2000).

Қосымша файлдар

Қосымша файлдар
Әрекет
1. JATS XML
Жүктеу

© Российская академия наук, 2023

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».