Synthesis of NdSc3(BO3)4 single crystals and study of its structure properties

Abstract

Using the group method, single crystals of NdSc 3 (BO 3 ) 4 are grown from a melt solution and X-ray structural studies are performed. It is shown that at room temperature the NdSc 3 (BO 3 ) 4 crystal has a huntite-type structure with space group P3 1 21. The temperature dependence of the heat capacity shows anomalous behaviour at Т = 504 ± 1 K. This anomaly corresponds to a structural phase transition from R32 to P3 1 21. It is known that a similar transition occurs in RFe 3 (BO 3 ) 4 crystals; an anomaly in the specific heat is also observed. Theoretical calculations are carried out from the first principles of the lattice dynamics of the crystal under study in a high-symmetry phase with the R32 space group. An unstable (soft) mode in the boundary point of Brillouin zone was found. It was determined that this structural instability is responsible for the structural displacement-type phase transition R32 → P3 1 21.

Магнитные и магнитоэлектрические свойства скандобората NdSc-=SUB=-3-=/SUB=-(BO-=SUB=-3-=/SUB=-)-=SUB=-4-=/SUB=-

“…Как было показано ранее при высокой температуре NdSc 3 (BO 3 ) 4 имеет ромбоэдрическую структуру, описываемую пространственной группой R32. А при понижении температуры (T s = 504 K) испытывает структурный переход R32 → P3 1 21 [12].…”

“…Интерес к парамагнитным алюмоборатам усилился с обнаружением в TmAl 3 (BO 3 ) 4 большого магнитоэлектрического эффекта [9], который оказался сравним по величине с наблюдаемыми эффектами в изоструктурных ферроборатах RFe 3 (BO 3 ) 4 . Позже был обнаружен еще больший магнитоэлектрический эффект в HoAl 3 (BO 3 ) 4 [10], величина которого (∼ 5480 µC/m 2 ) в разы превышает известные максимальные значения магнитоэлектрической поляризации в ферроборатах (в SmFe 3 (BO 3 ) 4 ∼ 500 µC/m 2 [5] [12].…”

Теплоемкость скандобората NdSc-=SUB=-3-=/SUB=-(BO_3)-=SUB=-4-=/SUB=-

“…Ранее было обнаружено, что при высокой температуре NdSc 3 (BO 3 ) 4 имеет ромбоэдрическую структуру, описываемую пространственной группой R32, а при понижении температуры (T s = 504 K) испытывает структурный переход R32 → P3 1 21 [12]. Также было показано, что в магнитном отношении NdSc 3 (BO 3 ) 4 является парамагнетиком, свойства которого целиком определяются магнитным поведением иона Nd 3+ [13].…”

“…Принимая во внимание, что при замене в ReM 3 (BO 3 ) 4 магнитной подсистемы (Fe) на немагнитную (Al,Ga) магнитоэлектрический эффект достигает гигантских значе-ний, возникает интерес исследовать и другие подклассы оксиборатов со структурой хантита с одной магнитной подсистемой, например, редкоземельные скандобораты ReSc 3 (BO 3 ) 4 . Так, в скандоборате неодима уже были исследованы структурные [12] и магнитные и магнитоэлектрические свойства [13]. Однако мало известно о его термодинамических свойствах, которые и являются предметом настоящего исследования.…”

Heat Capacity of Scandoborate NdSc-=SUB=-3-=/SUB=-(BO_3)-=SUB=-4-=/SUB=-

“…Considering, that at substitution of magnetic subsystem (Fe) in ReM 3 (BO 3 ) 4 with non-magnetic (Al,Ga) the magnetoelectric effect reaches gigantic values, there is an interest also to study other subclasses or oxyborates with huntite structure with single magnetic subsystem, for instance, rare earth scandoborates ReSc 3 (BO 3 ) 4 . The structural [12] and magnetic and magnetoelectric properties [13] were already studied in neodymium scandoborate. But little is known about its thermodynamic properties, which are the subject of this study.…”