J. Phys. France 42, 579-592 (1981)
DOI: 10.1051/jphys:01981004204057900

Dynamique cristalline avec charges tensorielles. Application à la glace hexagonale

P. Faure

Laboratoire de Spectroscopie Optique, Faculté des Sciences et des Techniques, Université de Savoie, B.P. 1104, 73011 Chambéry, France

Abstract
In order to interpret the translational Raman spectrum of hexagonal ice, the concept of tensorial effective charges is used to account for the local symmetry which, because of the protons, is signincantly lower than that of the oxygen atoms in hexagonal and cubic ice. This hypothesis also allows infrared absorption, usually forbidden for this symmetry of the oxygen atoms. A generalization of the rigid ion model to tensor charges is obtained and applied to a hypothetical ordered form (C22v) of hexagonal ice. Numerical calculations are carried out with a simplified model applied to disordered hexagonal ice. These calculations account satisfactorily for the acoustic properties, the one phonon density of states and the observed Raman spectrum. The tensor description used for the electric forces may be of use for the investigation of the dynamic properties in crystals of low symmetry.

Résumé
Afin de donner une interprétation du spectre Raman de translation de la glace hexagonale, on traduit l'existence, dans les glaces hexagonale et cubique, d'une symétrie locale sensiblement plus basse, à cause des protons, que la symétrie des atomes d'oxygène, et d'une absorption infrarouge normalement interdite dans cette symétrie des atomes d'oxygène, par la notion de charges effectives tensorielles. Une généralisation du modèle de l'ion rigide à des charges tensorielles est obtenue, et appliquée à une forme hypothétique ordonnée (C22v) de la glace hexagonale. Les calculs numériques, correspondant aux résultats valables pour la glace hexagonale désordonnée, sont effectués avec un modèle simplifié, et permettent de rendre compte convenablement des propriétés acoustiques, de la densité des états à un phonon et du spectre Raman observé. La description tensorielle adoptée des forces électriques peut servir dans l'étude des propriétés dynamiques de cristaux de basse symétrie.

PACS
6320D - Phonon states and bands, normal modes, and phonon dispersion.
7830H - Other nonmetallic inorganics.

Key words
ice -- infrared spectra of inorganic solids -- lattice phonons -- Raman spectra of inorganic solids -- tensors