Wpływ uporządkowania magnetycznego na dynamikę sieci wybranych trójskładnikowych dichalkogenków metali przejściowych

Abstract

Badania z pierwszych zasad oparte o teorie funkcjonału gęstości DFT podjęto w celu wyznaczenia właściwości dynamicznych trójskładnikowych, warstwowych dwuselenków metali przejściowych KNi[2]Se[2] [A1], KCo[2]Se[2] [A2] i TlCo[2]Se[2] [A3]. Wyniki tych badan dostarczają szczegółowej analizy gęstości stanów fononowych, relacji dyspersji fononów dla wyżej wymienionych związków, a w przypadku KNi2Se2 również wkładu sieciowego do ciepła właściwego w niskich temperaturach. Analizie poddano zwłaszcza korelacje pomiędzy struktura magnetyczna badanych układów a ich dynamika sieci. Szczególna uwagę zwrócono na zachowanie się modów ramanowskich i w podczerwieni, ponieważ ich częstości i natężenia są czułe na oddziaływania magnetyczne. Wyniki prac A1, A2 i A3, oprócz właściwości dynamicznych, obejmują reprezentatywny zestaw parametrów fizycznych, które otrzymano dla AT[2]Se[2] (A = K, Tl; T = Co, Ni), takich jak zoptymalizowane położenia atomowe, stałe sieciowe czy długości wiązań chemicznych. W celu weryfikacji uzyskanych danych porównano je z dostępnymi danymi eksperymentalnymi oraz innymi obliczeniami ab initio. Zaprezentowane w pracach A1, A2 i A3 wyniki przeprowadzonych symulacji mogą być użyte jako dane referencyjne do interpretacji zmierzonych w przyszłości widm fononowych pochodzących z nieelastycznego rozpraszania neutronów, widm ramanowskich oraz w podczerwieni. Mogą one również stanowić punkt odniesienia dla dalszych eksperymentalnych i teoretycznych badan zarówno nad związkami AT[2]X[2] (X = S, Te) jak i nad bardziej złożonymi układami typu A[x]T[2-y]X[2-z], które zawierają defekty sieciowe. Otrzymane wyniki mogą także zastymulować nowe eksperymenty na warstwowych trójskładnikowych dwuselenkach metali przejściowych.

First-principles calculations based on the density functional theory (DFT) method have been carried out to study dynamical properties of the ternary layered transition-metal diselenides KNi[2]Se[2] [A1], KCo[2]Se[2] [A2] and TlCo[2]Se[2] [A3]. A detailed analysis of the phonon densities of states, dispersion relation of phonons, and the lattice contribution to the low-temperature heat capacity in KNi[2]Se[2] are provided. Correlations between the magnetic structures of the investigated systems and their lattice dynamics are discussed in detail. A special attention is paid to the behavior of the Raman and infrared-active phonon modes as their frequencies and intensities remain quite sensitive to magnetic interactions. Apart from the dynamical properties, results of the A1, A2, and A3 papers cover a representative set of physical parameters for the AT[2]Se[2] (A = K, Tl; T = Co, Ni) compounds such as optimized atomic positions, lattice constants, and bond lengths. A comparison with the available experimental and theoretical data is given to validate results of the present ab initio calculations. Results of these simulations can be used for interpretation of the phonon spectra measured in the future inelastic neutron scattering, Raman, and infrared experiments. They may also serve as a guide for further experimental and theoretical investigations on AT[2]X[2] (X = S, Te) compounds as well as on more complex systems A[x]T[2-y]X[2-z] which contain lattice defects. They are believed to stimulate design of new experiments on the layered ternary transitionmetal diselenides.