Απόκριση στην εφαρμογή υψηλής υδροστατικής πίεσης των τρόπων δόνησης του γρανάτη σπανίας γαίας Dy3Ga5O12
Creators: name: Μάργας, Μιχαήλ Κωνσταντίνου
Publisher: name: Aristotle University of Thessaloniki
Year: 2017
Subjects: Γρανάτες
Υψηλή πίεση
Φασματοσκοπία Raman
Garnets
High pressure
Raman spectroscopy

description: Οι γρανάτες σπάνιων γαιών έχουν προσελκύσει το έντονο ερευνητικό ενδιαφέρον λόγω των εξαιρετικών ιδιοτήτων της φωταύγειας τους, την υψηλή οπτική διαπερατότητα και θερμική αγωγιμότητά τους, καθώς επίσης και τη μηχανική και χημική σταθερότητα που παρουσιάζουν. Για τους λόγους αυτούς βρίσκουν εφαρμογές ως ενεργά στοιχεία στην κατασκευή laser στερεάς κατάστασης στο κοντινό υπέρυθρο, στην ακουστο- και μικροηλεκτρονική, στις μαγνητικές μνήμες και στις οπτικές επικοινωνίες. Επιπροσθέτως, χρησιμοποιούνται σαν αισθητήρες πίεσης και θερμοκρασίας σε πειράματα υπό ακραίες συνθήκες. Στην παρούσα εργασία παρουσιάζεται αρχικά η μελέτη με φασματοσκοπία Raman σε κανονικές συνθήκες των τρόπων δόνησης κρυστάλλων Dy3(GaxAl1-x)5O12 (x=0, 0.4, 0.6, 0.8, 0.9, 1) που αναπτύχθηκαν με τη μέθοδο Czochralski για να ακολουθήσουμε την εξέλιξη των διαφόρων Raman κορυφών με τη συγκέντρωση Ga, x. Η μελέτη αυτή μαζί με μετρήσεις Raman με πόλωση της διεγείρουσας και της σκεδαζόμενης ακτινοβολίας στο ακραίο μέλος x=1 επέτρεψαν την ταυτοποίηση των πειραματικά παρατηρούμενων κορυφών Raman σε συγκεκριμένους τρόπους δόνησης του συστήματος. Ακολούθως, μελετήθηκε η απόκριση στην πίεση κρυστάλλων Dy3Ga5O12 με στόχο την αποσαφήνιση του ρόλου που διαδραματίζουν οι διαφορετικές ατομικές ομάδες από τις οποίες συνίσταται η δομή του συστήματος στη δυναμική του πλέγματός του καθώς επίσης και στην διερεύνηση της δομικής του ευστάθειας στην εφαρμογή υψηλής υδροστατικής πίεσης (έως τα 7 GPa). Ακολουθήθηκε η εξάρτηση από την πίεση 17 από τους 25 ενεργούς στο Raman τρόπους δόνησης που προβλέπει η θεωρία ομάδων για την κυβική δομή των γρανατών. Με την αύξηση της πίεσης όλες οι κορυφές Raman μετατοπίζονται προς υψηλότερες συχνότητες χωρίς να μεταβάλλονται σημαντικά οι σχετικές εντάσεις και τα εύρη τους. Επιπρόσθετα, δεν παρατηρείται καμία ένδειξη για πιθανή αλλαγή δομικής φάσης κατά την αύξηση της πίεσης είτε φαινομένων υστέρησης κατά τη διάρκεια μείωσής της. Οι εξαγόμενοι συντελεστές πίεσης Γi εκτείνονται σε στενό σχετικά εύρος (4.4-12.4x10-3 GPa-1), καταδεικνύοντας ότι οι δυνάμεις σύνδεσης μεταξύ των ατόμων που συνιστούν τις δομικές μονάδες του συστήματος είναι παρόμοιας φύσης και τάξης μεγέθους και ότι οι αλληλεπιδράσεις μεταξύ των δομικών μονάδων είναι συγκρίσιμες.
description: Rare-earth garnets have attracted intense scientific interest due to their exceptional luminescence properties, their high optical transparency and thermal conductivity, as well as their mechanical and chemical stability, finding applications as active elements for near-infrared solid-state lasers, in acousto- and microelectronics, in magnetic bubble memories and optical communications, while they can be also used as optical pressure and temperature sensors for experiments at extreme conditions. As a first step in the present work, we have studied the Raman spectra at ambient conditions of the Dy3(GaxAl1-x)5O12 (x=0, 0.4, 0.6, 0.8, 0.9, 1) garnet crystals, grown by the Czochralski technique, in order to follow the evolution of the various Raman peaks with the Ga concentration, x. This study along with polarized Raman measurements on the x=1 end member allowed the assignment of the Raman peaks to specific phonon modes of the garnet structure. Subsequently, we have also studied the pressure response of Dy3Ga5O12 crystals, aiming in the elucidation of the individual role played by the different molecular units comprising the garnet structure in the lattice dynamics of this system, as well as in the exploration of its structural stability upon pressure application. The pressure dependence of 17 Raman-active modes, out of the 25 predicted by group theory for the garnet cubic structure, has been followed. With increasing pressure, all Raman peaks shift to higher frequencies, while there is no evidence for any pressure-induced structural phase transition or hysteresis phenomena. The extracted pressure coefficients, Γi extend over a relatively narrow range (4.4-12.4x10-3 GPa-1), indicating binding forces of nearly the same nature and order of magnitude and that the binding strength between the various molecular units is comparable.
description: Σε συνεργασία με το Ινστιτούτο Τεχνολογίας Γκρενόμπλ (Γαλλία), το ΕΚΕΦΕ Δημόκριτος, και το CNRS (Centre National de la Researche Scientifique, Γαλλία)