Vibron states in cerium crystalline compounds

• Název práce v češtině: Vibronové stavy v cérových krystalických sloučeninách
• Název v anglickém jazyce: Vibron states in cerium crystalline compounds
• Klíčová slova: dynamika mříže|vibronový stav|strukturní nestabilita|rentgenová prášková difrakce|symetrie fononových módů
• Klíčová slova anglicky: lattice dynamics|vibron state|structural instability|X-ray powder diffraction|symmetry of phonon modes
• Akademický rok vypsání: 2015/2016
• Typ práce: disertační práce
• Jazyk práce: angličtina
• Ústav: Katedra fyziky kondenzovaných látek (32-KFKL)
• Vedoucí / školitel: prof. Mgr. Pavel Javorský, Dr.
• Řešitel: skrytý - zadáno a potvrzeno stud. odd.
• Datum přihlášení: 15.09.2015
• Datum zadání: 15.09.2015
• Datum potvrzení stud. oddělením: 02.10.2015
• Datum a čas obhajoby: 16.09.2021 11:30
• Datum odevzdání elektronické podoby: 29.07.2021
• Datum odevzdání tištěné podoby: 29.07.2021
• Datum proběhlé obhajoby: 16.09.2021
• Oponenti: Blanka Detlefs
• Konzultanti: RNDr. Milan Klicpera, Ph.D.

Zásady pro vypracování

- studium literatury
- příprava polykrystalických, případně i monokrystalických vzorků
- měření základních objemových vlastností
- měření mikroskopických vlastností
- pokročilé numerické vyhodnocování experimentálních dat

Seznam odborné literatury

články v odborné literatuře

Předběžná náplň práce

Fyzikální vlastnosti látek obsahujících atomy vzácných zemin jsou do značné míry určeny 4f elektrony těchto atomů. Tyto elektrony v iontech vzácných zemin jsou přitom poměrně dobře lokalizované a jejich základní stav - multiplet je obvykle dobře popsán Hundovými pravidly. V krystalických pevných látkách dochází vlivem působení okolních iontů (krystalové pole) k rozštěpení základního multipletu na určitý počet hladin v závislosti na počtu 4f elektronů a symetrii krystalové mřížky. Krystalové pole má poměrně značný vliv magnetické chování těchto látek a projevuje se na mnoha fyzikálních vlastnostech. Nejlépe lze krystalové pole studovat pomocí nepružného neutronového rozptylu, kde pozorujeme přímo excitace ze základního stavu na jednotlivé energetické hladiny dané rozštěpením pod vlivem krystalového pole. U některých sloučenin bylo však překvapivě pozorováno více přechodů než by odpovídalo teoretickému počtu hladin. Poprvé byl takový dodatečný přechod pozorován u CeAl2 a posléze popsán v rámci modelu Thalmeier-Fulde popisujícím interakci mezi krystalovopolními excitacemi a vibracemi krystalové mříže. Tato interakce vede ke vzniku nového kvantového stavu – tzv. vibronu. Později byl tento jev pozorován ještě u několika málo dalších sloučenin, např. CeCuAl3 nebo CePd2Al2. Mnohé jeho aspekty však nebyly dosud objasněny.
Navrhovaná práce bude zaměřena na komplexní studium vybraných sloučenin, kde pozorujeme vibronové stavy. Náplní práce je příprava vzorků, jejich strukturní a fázová charakterizace, studium objemových a zejména mikroskopických vlastností pomocí rozptylu neutronů. Experimentální studium bude ideálně doplněno vývojem výpočetních programů popisujících vliv existence vibronových stavů na různé fyzikální vlastnosti.

Předběžná náplň práce v anglickém jazyce

Physical properties of rare-earth materials are predominantly influenced by 4f electrons of rare-earth ions. These electrons are usually well localized and their ground state – multiplet is usually well described by Hund’s rules. In crystalline solids, the ground state multiplet splits due to influence of surrounding ions (crystal field) into several energy levels depending on the rare-eart ion and symmetry of crystal lattice. Crystal field has a significant impact on magnetic behavior of these materials and reflects on many physical properties. The most powerful technique to study the crystal field is the inelastic neutron scattering where we directly observe excitations from the ground state to the energy levels due to crystal-field splitting. Surprisingly, more than theoretically expected number of transitions were observed in several compounds. Such additional transition was first observed in CeAl2 and subsequently described by Thalmeier-Fulde model describing interaction between crystal-field excitations and lattice vibrations. This interaction leads to existence of a new quantum state – so called vibron state. This feature was later observed in several few compounds, e.g. CeCuAl3 or CePd2Al2. Many aspects of the vibron state are, however, still far not clear.
The proposed work is focused on complex study of selected compounds showing vibron states. The work will comprise sample preparation, structural and phase characteristics, investigation of bulk and mainly microscopic properties by neutron scattering. Experimental studies will be ideally accompanied by development of computation programs describing influence of vibron states on various physical properties.