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Yoshida S, Akamatsu H, Hayashi K. Electronic Origin of Non-Zone-Center Phonon Condensation: Octahedral Rotation as a Case Study. PHYSICAL REVIEW LETTERS 2021; 127:215701. [PMID: 34860080 DOI: 10.1103/physrevlett.127.215701] [Citation(s) in RCA: 0] [Impact Index Per Article: 0] [Reference Citation Analysis] [Abstract] [Track Full Text] [Subscribe] [Scholar Register] [Received: 05/14/2021] [Revised: 09/17/2021] [Accepted: 10/15/2021] [Indexed: 06/13/2023]
Abstract
Unstable zone-boundary phonon modes drive atomic displacements linked to a rich array of properties. Yet, the electronic origin of the instability remains to be clearly explained. In this Letter, we propose that bonding interaction between Bloch states belonging to different wave vectors leads to such instability via the pseudo- or second-order Jahn-Teller effect. Our first-principles calculations and representation theory-based analyses show that rotations of anion coordinated octahedra, an archetypal example of zone-boundary phonon condensations, are induced by this bonding mechanism. The proposed mechanism is universal to any non-zone-center phonon condensations and could offer a general approach to understanding the origin of structural phase transitions in crystals.
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Affiliation(s)
- Suguru Yoshida
- Department of Applied Chemistry, Kyushu University, Motooka, Fukuoka 819-0395, Japan
| | - Hirofumi Akamatsu
- Department of Applied Chemistry, Kyushu University, Motooka, Fukuoka 819-0395, Japan
| | - Katsuro Hayashi
- Department of Applied Chemistry, Kyushu University, Motooka, Fukuoka 819-0395, Japan
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Sadoc A, Biswal M, Body M, Legein C, Boucher F, Massiot D, Fayon F. NMR parameters in column 13 metal fluoride compounds (AlF₃, GaF₃, InF₃ and TlF) from first principle calculations. SOLID STATE NUCLEAR MAGNETIC RESONANCE 2014; 59-60:1-7. [PMID: 24508247 DOI: 10.1016/j.ssnmr.2014.01.001] [Citation(s) in RCA: 15] [Impact Index Per Article: 1.5] [Reference Citation Analysis] [Abstract] [Key Words] [Track Full Text] [Subscribe] [Scholar Register] [Received: 09/12/2013] [Revised: 01/11/2014] [Accepted: 01/13/2014] [Indexed: 05/27/2023]
Abstract
The relationship between the experimental (19)F isotropic chemical shift and the (19)F isotropic shielding calculated using the gauge including projector augmented-wave (GIPAW) method with PBE functional is investigated in the case of GaF3, InF3, TlF and several AlF3 polymorphs. It is shown that the linear correlation between experimental and DFT-PBE calculated values previously established on alkali, alkaline earth and rare earth of column 3 basic fluorides (Sadoc et al., Phys. Chem. Chem. Phys. 13 (2011) 18539-18550) remains valid in the case of column 13 metal fluorides, indicating that it allows predicting (19)F solid state NMR spectra of a broad range of crystalline fluorides with a relatively good accuracy. For the isostructural α-AlF3, GaF3 and InF3 phases, PBE-DFT geometry optimization leads to noticeably overbended M-F-M bond angles and underestimated (27)Al, (71)Ga and (115)In calculated quadrupolar coupling constants. For the studied compounds, whose structures are built of corner shared MF6 octahedra, it is shown that the electric field gradient (EFG) tensor at the cationic sites is not related to distortions of the octahedral units, in contrast to what previously observed for isolated AlF6 octahedra in fluoroaluminates.
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Affiliation(s)
- Aymeric Sadoc
- Institut des Matériaux Jean Rouxel (IMN), Université de Nantes, CNRS, 2 rue de la Houssinière, BP 32229, 44322 Nantes Cedex 3, France
| | - Mamata Biswal
- LUNAM Université, Université du Maine, CNRS UMR 6283, Institut des Molécules et des Matériaux du Mans, Avenue Olivier Messiaen, 72085 Le Mans Cedex 9, France
| | - Monique Body
- LUNAM Université, Université du Maine, CNRS UMR 6283, Institut des Molécules et des Matériaux du Mans, Avenue Olivier Messiaen, 72085 Le Mans Cedex 9, France
| | - Christophe Legein
- LUNAM Université, Université du Maine, CNRS UMR 6283, Institut des Molécules et des Matériaux du Mans, Avenue Olivier Messiaen, 72085 Le Mans Cedex 9, France.
| | - Florent Boucher
- Institut des Matériaux Jean Rouxel (IMN), Université de Nantes, CNRS, 2 rue de la Houssinière, BP 32229, 44322 Nantes Cedex 3, France
| | - Dominique Massiot
- Conditions Extrêmes et Matériaux: Haute Température et Irradiation, CNRS UPR 3079, 1D Avenue de la Recherche Scientifique, 45071 Orléans Cedex 2, France; Université d'Orléans, Faculté des Sciences, Avenue du Parc Floral, 45067 Orléans Cedex 2, France
| | - Franck Fayon
- Conditions Extrêmes et Matériaux: Haute Température et Irradiation, CNRS UPR 3079, 1D Avenue de la Recherche Scientifique, 45071 Orléans Cedex 2, France; Université d'Orléans, Faculté des Sciences, Avenue du Parc Floral, 45067 Orléans Cedex 2, France
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Martineau C, Fayon F, Legein C, Buzaré JY, Goutenoire F, Suard E. Neutron Powder Diffraction, Multinuclear, and Multidimensional NMR Structural Investigation of Pb5Ga3F19. Inorg Chem 2008; 47:10895-905. [DOI: 10.1021/ic801044j] [Citation(s) in RCA: 17] [Impact Index Per Article: 1.1] [Reference Citation Analysis] [Track Full Text] [Journal Information] [Subscribe] [Scholar Register] [Indexed: 01/12/2023]
Affiliation(s)
- Charlotte Martineau
- Laboratoire des Oxydes et Fluorures, CNRS UMR 6010, Institut de Recherche en Ingénierie Moléculaire et Matériaux Fonctionnels, CNRS FR 2575, Université du Maine, Avenue Olivier Messiaen, 72085 Le Mans Cedex 9, France, Laboratoire de Physique de l’Etat Condensé, CNRS UMR 6087, Institut de Recherche en Ingénierie Moléculaire et Matériaux Fonctionnels, CNRS FR 2575, Université du Maine, Avenue Olivier Messiaen, 72085 Le Mans Cedex 9, France, Conditions Extrêmes et Matériaux: Haute Température et Irradiation
| | - Franck Fayon
- Laboratoire des Oxydes et Fluorures, CNRS UMR 6010, Institut de Recherche en Ingénierie Moléculaire et Matériaux Fonctionnels, CNRS FR 2575, Université du Maine, Avenue Olivier Messiaen, 72085 Le Mans Cedex 9, France, Laboratoire de Physique de l’Etat Condensé, CNRS UMR 6087, Institut de Recherche en Ingénierie Moléculaire et Matériaux Fonctionnels, CNRS FR 2575, Université du Maine, Avenue Olivier Messiaen, 72085 Le Mans Cedex 9, France, Conditions Extrêmes et Matériaux: Haute Température et Irradiation
| | - Christophe Legein
- Laboratoire des Oxydes et Fluorures, CNRS UMR 6010, Institut de Recherche en Ingénierie Moléculaire et Matériaux Fonctionnels, CNRS FR 2575, Université du Maine, Avenue Olivier Messiaen, 72085 Le Mans Cedex 9, France, Laboratoire de Physique de l’Etat Condensé, CNRS UMR 6087, Institut de Recherche en Ingénierie Moléculaire et Matériaux Fonctionnels, CNRS FR 2575, Université du Maine, Avenue Olivier Messiaen, 72085 Le Mans Cedex 9, France, Conditions Extrêmes et Matériaux: Haute Température et Irradiation
| | - Jean-Yves Buzaré
- Laboratoire des Oxydes et Fluorures, CNRS UMR 6010, Institut de Recherche en Ingénierie Moléculaire et Matériaux Fonctionnels, CNRS FR 2575, Université du Maine, Avenue Olivier Messiaen, 72085 Le Mans Cedex 9, France, Laboratoire de Physique de l’Etat Condensé, CNRS UMR 6087, Institut de Recherche en Ingénierie Moléculaire et Matériaux Fonctionnels, CNRS FR 2575, Université du Maine, Avenue Olivier Messiaen, 72085 Le Mans Cedex 9, France, Conditions Extrêmes et Matériaux: Haute Température et Irradiation
| | - François Goutenoire
- Laboratoire des Oxydes et Fluorures, CNRS UMR 6010, Institut de Recherche en Ingénierie Moléculaire et Matériaux Fonctionnels, CNRS FR 2575, Université du Maine, Avenue Olivier Messiaen, 72085 Le Mans Cedex 9, France, Laboratoire de Physique de l’Etat Condensé, CNRS UMR 6087, Institut de Recherche en Ingénierie Moléculaire et Matériaux Fonctionnels, CNRS FR 2575, Université du Maine, Avenue Olivier Messiaen, 72085 Le Mans Cedex 9, France, Conditions Extrêmes et Matériaux: Haute Température et Irradiation
| | - Emmanuelle Suard
- Laboratoire des Oxydes et Fluorures, CNRS UMR 6010, Institut de Recherche en Ingénierie Moléculaire et Matériaux Fonctionnels, CNRS FR 2575, Université du Maine, Avenue Olivier Messiaen, 72085 Le Mans Cedex 9, France, Laboratoire de Physique de l’Etat Condensé, CNRS UMR 6087, Institut de Recherche en Ingénierie Moléculaire et Matériaux Fonctionnels, CNRS FR 2575, Université du Maine, Avenue Olivier Messiaen, 72085 Le Mans Cedex 9, France, Conditions Extrêmes et Matériaux: Haute Température et Irradiation
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