利用时域布里渊散射探测二氧化钍的温度依赖弹性常数
材料科学
2023-03-06 v1 应用物理
摘要
我们报道了单晶二氧化钍在 77–350 K 温度范围内的绝热弹性常数。时域布里渊散射(TDBS)是一种全光学、非接触式皮秒超声技术,用于产生并探测在晶体体内垂直于表面传播的类声波相干声子。我们在两颗水热生长的单晶二氧化钍样品中沿 (100) 与 (311) 晶向监测了这些相干声学晶格振动。立方晶体的三个独立弹性常数(C11、C12 与 C44)由测得的体积声速确定。(100) 取向的纵波直接给出了 C11 的测量。通过调整相对于晶轴的偏振角增强 (311) 取向晶体中准剪切模的强度,实现了 C44 与 C12 的测量。我们发现三个弹性常数在测得温度范围内的软化幅度约为 2.5%。测得的弹性常数与先前报道的室温值之间,以及测得的温度依赖体积模量与计算值之间均吻合良好。我们发现捕捉晶格非谐性的半经验模型充分再现了观测趋势。我们还根据实验推导的温度依赖体积模量以及先前报道的温度依赖体积热膨胀系数与热容值,确定了声学 Gruneisen 非谐性参数。本工作呈现了低温下单晶二氧化钍温度依赖弹性的测量,并为检验第一性原理理论模型及评估非谐性对热物理性质的影响提供了基础。
引用
@article{arxiv.2303.01539,
title = {Temperature-dependent elastic constants of thorium dioxide probed using time-domain Brillouin scattering},
author = {Amey Khanolkar and Yuzhou Wang and Cody A. Dennett and Zilong Hua and J. Matthew Mann and Marat Khafizov and David H. Hurley},
journal= {arXiv preprint arXiv:2303.01539},
year = {2023}
}
备注
Manuscript submitted to a peer-reviewed journal