Magnetoelasticity of a Jahn–Teller Subsystem in Chromium-Doped II–VI Crystals

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

The influence of an external magnetic field on the complex elastic moduli of crystals with a sphalerite or zinc blende (ZnSe) and wurtzite (CdSe) structure lightly doped by Cr2+ ions has been investigated. Measurements have been performed in the frequency interval 26–32 MHz at 1.4 K. In II–VI crystals, bivalent chromium cations are triply orbital-degenerate in the ground state and, being in a tetrahedral environment, produce Jahn–Teller complexes. These complexes are described in terms of the T ⊗ (e + t2)-problem and exhibit the adiabatic potential energy surface with the global minima of tetragonal symmetry. It has been found that in ZnSe:Cr2+ crystals, a magnetic field directed along the [001] and [110] axes influences modulus (c11 – c12)/2 and does not influence modulus c44. In CdSe:Cr2+ crystals, however, moduli c55 and c66, which are the analogs of (c11 – c12)/2 and c44, depend on the magnetic field directed along the [101¯0101¯0] and [21¯1¯021¯1¯0] axes, respectively. The discovered anomalous behavior of the elastic moduli with magnetic field has been treated in terms of a model that takes into account the crystal field, vibronic and spin-orbital interactions, and the contribution of the Jahn–Teller subsystem to isothermal moduli determined at a constant magnetic induction. Good agreement with experimental dependences of the elastic moduli in strong magnetic fields has been obtained, and it has been shown that the nonmonotonic variation in weak magnetic fields (below 2 T) should be associated with a magnetic field dependence of the relaxation time.

About the authors

M. N Sarychev

Ural Federal University

Email: v.v.gudkov@urfu.ru
620002, Yekaterinburg, Russia

I. V Zhevstovskikh

Ural Federal University; Mikheev Institute of Metal Physics, Ural Branch, Russian Academy of Sciences

Email: v.v.gudkov@urfu.ru
620002, Yekaterinburg, Russia; 620137, Yekaterinburg, Russia

Yu. V Korostelin

Lebedev Physics Institute, Russian Academy of Sciences

Email: v.v.gudkov@urfu.ru
119991, Moscow, Russia

V. T Surikov

Institute of Solid-State Chemistry, Ural Branch, Russian Academy of Sciences

Email: v.v.gudkov@urfu.ru
620990, Yekaterinburg, Russia

N. S Averkiev

Ioffe Institute, Russian Academy of Sciences

Email: v.v.gudkov@urfu.ru
194021, St. Petersburg, Russia

V. V Gudkov

Ural Federal University

Author for correspondence.
Email: v.v.gudkov@urfu.ru
620002, Yekaterinburg, Russia

References

  1. H. A. Jahn and E. Teller, Proc. Roy. Soc. London A 161, 220 (1937).
  2. M. D. Sturge, in Solid State Physics, Vol. 20, ed. by F. Seitz, D. Turnbull, and H. Ehrenreich, Academic Press (1967), p. 91.
  3. I. B. Bersuker, The Jahn-Teller E ect, Cambridge University Press, Cambridge (2006).
  4. Акустические кристаллы, под ред. М. П. Шаскольской, Наука, Москва (1982).
  5. J. T. Vallin, G. A. Slack, S. Roberts, and A. E. Hughes, Phys. Rev. B 2, 4313 (1970).
  6. J. T. Vallin and G. D. Watkins, Phys. Rev. B 9, 2051 (1974).
  7. Дж. Такер, В. Рэмптон, Гиперзвук в физике твердого тела, Мир, Москва (1975).
  8. B. Luthi, Physical Acoustics in the Solid State, Springer, Berlin (2005).
  9. E. M. Gyorgy, M. D. Sturge, D. B. Fraser, and R. C. LeCraw, Phys. Rev. Lett. 15, 19 (1965).
  10. M. D. Sturge, J. T. Krause, E. M. Gyorgy, R. C. LeCraw, and F. R. Merritt, Phys. Rev. 155, 218 (1967).
  11. C. Zener, Elasticity and Anelesticity of Metals, University of Chicago Press, Chicago (1948).
  12. R. Pirc, B. Zeks, and P. Gosar, J. Phys. Chem. Sol. 27, 1219 (1966).
  13. M. Pomerantz, Proc. IEEE 53, 1438 (1965).
  14. H. С. Аверкиев, И. Б. Берсукер, В. В. Гудков, И. В. Жевстовских, М. Н. Сарычев, С. Жерлицын, С. Ясин, Ю. В. Корстелин, В. Т. Суриков, ЖЭТФ 156, 87 (2019).
  15. M. N. Sarychev, W. A. L. Hosseny, I. V. Zhevstovskikh, V. A. Ulanov, G. S. Shakurov, A. V. Egranov, V. T. Surikov, N. S. Averkiev, and V. V. Gudkov, J. Phys.: Condens. Matter 34, 225401 (2022).
  16. М. Н. Сарычев, У. А. Л. Хоссени, И. В. Жевстовских, В. А. Уланов, А. В. Егранов, В. Т. Суриков, H. С. Аверкиев, В. В. Гудков, ЖЭТФ 162, 509 (2022).
  17. M. D. Kaplan and B. G. Vekhter, Cooperative Phenomena in Jahn-Teller Crystals. Modern Inorganic Chemistry, Springer, Boston, MA (1995).
  18. M. D. Kaplan, in Springer Series in Chemical Physics, Vol. 97, ed. by H. Koppel, D. R. Yarkony, and H. Barentzen, Springer (2009) p. 653.
  19. K. Lassmann and Hp. Schad, Sol. St.Comm. 18, 449 (1976).
  20. S. V. Streltsov and D. I. Khomskii, Phys. Rev. X 10, 031043 (2020).
  21. S. V. Streltsov, F. V. Temnikov, K. I. Kugel, and D. I. Khomskii, Phys. Rev. B 105, 205142 (2022).
  22. V. V. Gudkov, I. B. Bersuker, S. Yasin, S. Zherlitsyn, I. V. Zhevstovskikh, V. Yu. Mayakin, M. N. Sarychev, and A. A. Suvorov, Sol. St. Phen. 190, 707 (2012).
  23. N. S. Averkiev, I. B. Bersuker, V. V. Gudkov, I. V. Zhevstovskikh, K. A. Baryshnikov, M. N. Sarychev, S. Zherlitsyn, S. Yasin, and V. Yu. Korostelin, Phys. Rev. B 96, 0944311 (2017).
  24. K. A. Baryshnikov, N. S. Averkiev, I. B. Bersuker, V. V. Gudkov, I. V. Zhevstovskikh, M. N. Sarychev, S. Zherlitsyn, S. Yasin, and V. Yu. Korostelin, Phys. Stat. Sol. (b) 256, 1800635, (2019).
  25. Л. Д. Ландау, Е. М. Лифшиц, Теория упругости, Физматлит, Москва (2003).
  26. Л. Д. Ландау, Е.М. Лифшиц, Статистическая физика, Физматлит, Москва (2002).
  27. J. T. Vallin, G. A. Slack, S. Roberts, and A. E. Hughes, Phys. Rev. B 11, 4313 (1970).
  28. W. Mac, A. Twardowski, P. J. T. Eggenkamp, H. J. M. Swagten, Y. Shapira, and M. Demianiuk, Phys. Rev. B 50, 14144 (1994).
  29. М. Н. Сарычев, А. Н. Бондаревская, И. В. Жевстовских, В. А. Уланов, Г. С. Шакуров, А. В. Егранов, В. Т. Суриков, H. С. Аверкиев, В. В. Гудков, Письма ЖЭТФ 113, 52 (2021).
  30. V. V. Gudkov, I. B. Bersuker, I. V. Zhevstovskikh, Yu. V. Korostelin, and A. I. Landman, J. Phys.: Condens. Matter 23, 115401 (2011).
  31. V. V. Gudkov, A. T. Lonchakov, V. I. Sokolov, and I. V. Zhevstovskikh, Phys. Rev. B 73, 035213 (2006).
  32. V. A. Akimov, M. P. Frolov, Y. V. Korostelin, I. Kozlovsky, A. I. Landman, Y. P. Podmar'kov, and Y. K. Skasyrsky, Opt. Mater. 31, 1888 (2009).

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Copyright (c) 2023 Russian Academy of Sciences

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».