J. Phys. France 50, 3477-3487 (1989)
DOI: 10.1051/jphys:0198900500240347700

Phonon spectra of NH4H2PO4 in the para- and antiferroelectric phases obtained by infrared reflectivity

Patrick Simon

C.R.P.H.T. - C.N.R.S., 45071 Orléans Cedex 2, France

Abstract
The polarized infrared reflectivity spectra of NH4H2PO 4 are reported for a wide spectral range (20-1 500 cm-1) in the para- and antiferroelectric phases. Measurements were performed despite the shattered character of the sample in the low-temperature phase. The phonon spectra are obtained by fitting the factorized form of the dielectric function to the experimental spectra. The most marked effect on the experimental spectra at the phase transition is the disappearance of a highly-damped low-frequency mode upon cooling below TN, in both polarizations. This mode originates from intersite proton motions, and is coupled with the Brillouin zone-corner antiferroelectric instability. The other modes are only slightly affected by the phase transition, especially the NH4 internal modes. The results are discussed in the light of a previous work on ferroelectric KH2PO4-type compounds, which enables to assign the lattice modes, and to confirm the role of an internal PO4 mode in the mechanism of ferroelectricity in these compounds.

Résumé
On présente les spectres de réflexion infrarouge de NH4H 2PO4 en lumière polarisée, sur une large gamme spectrale (20-1 500 cm-1), dans les phases para- et antiferroélectriques. Les mesures ont pu être effectuées dans la phase basse température bien que les cristaux se brisent systématiquement à la transition de phase. Les spectres de phonons sont obtenus en simulant les spectres expérimentaux à l'aide de la forme factorisée de la fonction diélectrique. La conséquence la plus nette de la transition de phase sur les spectres de phonons est la disparition juste audessous de T N d'un mode de basse fréquence, très amorti, dans les deux polarisations. Ce mode provient du mouvement intersites des protons, et est couplé avec l'instabilité antiferroélectrique en bord de zone de Brillouin. Les autres modes de réseau ne sont que peu affectés par la transition de phase, en particulier les modes internes des groupements NH4. L'ensemble des résultats est discuté et comparé avec un travail récent sur les composés ferroélectriques du type KH2PO4, ce qui permet d'attribuer les modes de réseau et de confirmer le rôle d'un mode interne au tétraèdre PO 4 dans le mécanisme d'apparition de la ferroélectricité dans ces composés.

PACS
7830H - Other nonmetallic inorganics.
7780B - Phase transitions and Curie point.
6320 - Phonons in crystal lattices.

Key words
ammonium compounds -- antiferroelectric materials -- dielectric function -- ferroelectric transitions -- infrared spectra of inorganic solids -- lattice dynamics of ferroelectric crystals -- reflectivity