Heat Capacity and Features of the Phonon Spectrum of Single Crystals of Solid Solutions of Yttrium-Lutetium Alumogranates

Capa

Citar

Texto integral

Acesso aberto Acesso aberto
Acesso é fechado Acesso está concedido
Acesso é fechado Acesso é pago ou somente para assinantes

Resumo

The temperature dependences of the heat capacity were measured and the general patterns of the formation of the phonon spectrum of single crystals of solid solutions of yttrium-lutetium aluminum garnets Y3–xLuxAl5O12 at 0 x 3 were studied in the temperature range from 1.9 to 220 K. Based on the data obtained below 10 K, the Debye temperatures were calculated. Features of the phonon spectrum in the intermediate temperature region are interpreted as a superposition of optical modes for yttrium and lutetium garnets. It is shown that low values of the heat capacity due to the contribution of acoustic phonons for Y2.25Lu0.75Al5O12 correlate with anomalies in the concentration dependences of phonon transport, absorption of acoustic waves, and the NMR line shape of aluminum.

Texto integral

Acesso é fechado

Sobre autores

S. Nikitov

Institute of Radio Engineering and Electronics named after V.A. Kotelnikov, Russian Academy of Sciences

Email: taranov@cplire.ru
Rússia, Moscow

A. Taranov

Institute of Radio Engineering and Electronics named after V.A. Kotelnikov, Russian Academy of Sciences

Autor responsável pela correspondência
Email: taranov@cplire.ru
Rússia, Moscow

E. Khazanov

Institute of Radio Engineering and Electronics named after V.A. Kotelnikov, Russian Academy of Sciences

Email: taranov@cplire.ru
Rússia, Moscow

E. Charnaya

St. Petersburg State University

Email: taranov@cplire.ru
Rússia, St. Petersburg

M. Likholetova

St. Petersburg State University

Email: taranov@cplire.ru
Rússia, St. Petersburg

E. Shevchenko

St. Petersburg State University

Email: taranov@cplire.ru
Rússia, St. Petersburg

Bibliografia

  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.

Arquivos suplementares

Arquivos suplementares
Ação
1. JATS XML
Baixar
2. Fig. 1. Temperature dependences of the heat capacity C in single crystals of solid solutions of Y3–xLuxAl5O12

Baixar (116KB)
Metadados
3. Fig. 2. Concentration dependences in single crystals of solid solutions of Y3-xLuxAl5O12: (a) – reverse scattering time of phonons of thermal frequencies 1/τ0 [19]; (b) – NMR line width 27Al [20]; (c) – heat capacity

Baixar (153KB)
Metadados
4. Fig. 3. Experimental (symbols) and theoretical (lines) temperature dependences of the heat capacity C of solid solutions of Y3–xLuxAl5O12

Baixar (101KB)
Metadados
5. Fig. 4. C/T 3 dependencies for Y3–xLuxAl5O12 (symbols) and their approximation (lines) based on the Einstein model

Baixar (180KB)
Metadados
6. Fig. 5. C/T 3 dependencies for Y1–xErxAlO3 (symbols) and their approximation (lines) based on the Einstein model

Baixar (157KB)
Metadados

Declaração de direitos autorais © The Russian Academy of Sciences, 2024