单斜硅酸氧镥中的红外活性声子

我们结合广义光谱椭偏测量与密度泛函理论计算分析，获得了具有单斜晶体结构的 Lu$_{2}$SiO$_{5}$ 中完整的红外活性声子模式集合。研究了两种不同的晶体，每种均垂直于不同的晶体轴切割。利用 40 - 1200 cm$^{-1}$ 的椭偏测量数据确定频率相关的介电函数张量元。近期针对低对称性晶体结构提出的本征介电位移矢量求和方法及本征介电位移损耗矢量求和方法 [A. Mock 等, Phys. Rev. B 95, 165202 (2017)]，均辅以非谐晶格展宽参数，被应用于我们的椭偏数据分析。所有测量与模型计算的介电函数张量和逆介电函数张量元均极为吻合。发现了 23 个 $\mathrm{A_{u}}$ 对称和 22 个 $\mathrm{B_{u}}$ 对称的红外活性横光学与纵光学模式。我们还确定了单斜面内的方向极限模式及声子模式的次序。将密度泛函理论与椭偏测量结果进行比较，观察到近乎完美的一致。我们进一步将结果与近期获得的单斜晶体 Y$_{2}$SiO$_{5}$（与 Lu$_{2}$SiO$_{5}$ 同构）[A. Mock 等, Phys. Rev. B 97, 165203 (2018)] 进行比较。我们发现单斜 Lu$_{2}$SiO$_{5}$ 的晶格模式行为在定性上与 Y$_{2}$SiO$_{5}$ 相同，仅存在定量差异。我们预期与 Lu$_{2}$SiO$_{5}$ 同构的单斜对称硅酸氧镥盐族成员（如 Dy$_{2}$SiO$_{5}$ 或 Yb$_{2}$SiO$_{5}$）的声子模式性质很可能与此处报道的 Lu$_{2}$SiO$_{5}$ 非常相似。