The dipole ordering in Sn(Pb)2P2S(Se)6 materials may be tuned by chemical substitution realizing a ferroelectric quantum phase transition and quantum glassy or relaxor type phenomena on different parts of the phase diagram. The introduction of Ge impurity increases the temperature of the phase transitions and initiates a more pronounced Ising type critical anomaly in the Sn2P2S6 crystal, does not shift the coordinate of the Lifshitz point xLP in Sn2P2(SexS1x)6 mixed crystals, and induces the appearance of a ferroelectric phase transition in quantum paraelectrics Pb2P2S6 and inhomogeneous polar ordering in (Pb0.7Sn0.3)2P2S(Se)6 crystals. For the Pb2P2S6 crystal, the real part of the dielectric permittivity in the quantum critical regime varies as 1/T2 instead of the expected 1/T3 behavior for uniaxial materials. Such an observation can be partially explained by a screening phenomenon in the semiconductor materials of the Sn(Pb)2P2S(Se)6 system, which weakens the long-range electric dipole interactions, and also provides, at high temperatures, a critical behavior near the Lifshitz point (studied by thermal diffusivity) similar to the one predicted in the case of systems with short-range interactions. At low temperatures, a quantum critical behavior in the Pb2P2S6 crystal can be established by a small amplitude of electric dipoles together with the nonlinear coupling between polar and antipolar fluctuations. An increase in thermal conductivity is induced by Ge impurity in the Pb2P2S6 crystal, which is explained by the weakening of the acoustic phonons resonance scattering by soft optic phonons because of the appearance of ferroelectric phase polar clusters.

1.
S. E.
Rowley
,
L. J.
Spalek
,
R. P.
Smith
,
M. P. M.
Dean
,
M.
Itoh
,
J. F.
Scott
,
G. G.
Lonzarich
, and
S. S.
Saxena
,
Nat. Phys.
10
,
367
(
2014
).
2.
K. A.
Müller
and
H.
Burkard
,
Phys. Rev. B
19
,
3593
(
1979
).
3.
W.
Zhong
and
D.
Vanderbilt
,
Phys. Rev. B
53
,
5047
(
1996
).
4.
X.
Zhang
,
Q.-J.
Ye
,
H.
Xiang
, and
X.-Z.
Li
,
Phys. Rev. B
101
,
104102
(
2020
).
5.
S. E.
Rowley
,
Y.-S.
Chai
,
S.-P.
Shen
,
Y.
Sun
,
A. T.
Jones
,
B. E.
Watts
, and
J. F.
Scott
,
Sci. Rep.
6
,
25724
(
2016
).
6.
S. E.
Rowley
,
M.
Hadjimichael
,
M. N.
Ali
,
Y. C.
Durmaz
,
J. C.
Lashley
,
R. J.
Cava
, and
J. F.
Scott
,
J. Phys. Condens. Matter
27
,
395901
(
2015
).
7.
D.
Rytz
,
U. T.
Höchli
, and
H.
Bilz
,
Phys. Rev. B
22
,
359
(
1980
).
8.
Yu. M.
Vysochanskii
,
T.
Janssen
,
R.
Currat
,
R.
Folk
,
J.
Banys
,
J.
Grigas
, and
V.
Samulionis
,
Phase Transitions in Ferroelectric Phosphorous Chalcogenide Crystals
(
Vilnius University Publishing House
,
2006
).
9.
K.
Moriya
,
K.
Iwauchi
,
M.
Ushida
,
A.
Nakagawa
,
K.
Watanabe
,
S.
Yano
,
S.
Motojima
, and
Y.
Akagi
,
J. Phys. Soc. Jpn.
64
,
1775
(
1995
).
10.
Yu. M.
Vysochanskii
and
V. Yu.
Slivka
,
Sov. Phys. Usp.
35
,
123
(
1992
).
11.
K. Z.
Rushchanskii
,
R. M.
Bilanych
,
A. A.
Molnar
,
R. M.
Yevych
,
A. A.
Kohutych
,
S. I.
Perechinskii
,
V.
Samulionis
,
J.
Banys
, and
Y. M.
Vysochanskii
,
Phys. Status Solidi (b)
253
,
384
(
2016
).
12.
Y. W.
Cho
,
S. K.
Choi
, and
Yu. M.
Vysochanskii
,
J. Mater. Res.
16
,
3317
(
2001
).
13.
O. M.
Shumelyuk
,
A.
Yu. Volkov
,
Ya. M.
Skrypka
,
L. E.
Halliburton
,
N. C.
Giles
,
C. A.
Lenyk
,
S. A.
Basun
,
A. A.
Grabar
,
Yu. M.
Vysochansky
,
S. G.
Odoulov
, and
D. R.
Evans
,
J. Appl. Phys.
127
,
103103
(
2020
).
14.
I.
Zamaraite
,
R.
Yevych
,
A.
Dziaugys
,
A.
Molnar
,
J.
Banys
,
S.
Svirskas
, and
Yu.
Vysochanskii
,
Phys. Rev. Appl.
10
,
034017
(
2018
).
15.
S.
Grubel
,
J. A.
Johnson
,
P.
Beaud
,
C.
Dornes
,
A.
Ferrer
,
V.
Haborets
,
L.
Huber
,
T.
Huber
,
A.
Kohutych
,
T.
Kubacka
,
M.
Kubli
,
S. O.
Mariager
,
J.
Rittmann
,
J. I.
Saari
,
Y.
Vysochanskii
,
G.
Ingold
, and
S. L.
Johnson
, arXiv:1602.05435v1 [cond-mat.mtrl-sci] (2016).
16.
F. C.
Penning
,
M. M.
Maior
,
S. A. J.
Wiegers
,
H.
van Kempen
, and
J. C.
Maan
,
Rev. Sci. Instrum.
67
,
2602
(
1996
).
17.
M. M.
Maior
,
S. B.
Molnar
,
Yu. M.
Vysochanskii
,
M. I.
Gurzan
,
P. H. M.
van Loosdrecht
,
P. J. E. M.
van der Linden
, and
H.
van Kempen
,
Appl. Phys. Lett.
62
,
2646
(
1993
).
18.
M. M.
Maior
,
M. I.
Gurzan
,
Sh. B
Molnar
,
I. P.
Prits
, and
Yu. M.
Vysochanskii
,
IEEE Trans. Ultrason. Ferroelectr. Freq. Control
47
,
877
(
2000
).
19.
A. N.
Morozovska
,
Eu. A.
Eliseev
,
Ye. M.
Fomichov
,
Yu. M.
Vysochanskii
,
V. Yu.
Reshetnyak
, and
D. R.
Evans
,
Acta Mater.
183
,
36
(
2020
).
20.
V. I.
Litvinov
,
Izv. Akad. Nauk SSSR Ser. Fiz.
51
,
1677
(
1987
).
21.
J.
Grigas
,
E.
Talik
,
K.
Glukhov
,
K.
Fedyo
,
I.
Stoika
,
M.
Gurzan
,
I.
Prits
,
A.
Grabar
, and
Yu.
Vysochanskii
,
Ferroelectrics
418
,
134
(
2001
).
22.
K. Z.
Rushchanskii
,
Yu. M.
Vysochanskii
, and
D.
Strauch
,
Phys. Rev. Lett.
99
,
207601
(
2007
).
23.
R.
Yevych
,
V.
Haborets
,
M.
Medulych
,
A.
Molnar
,
A.
Kohutych
,
A.
Dziaugys
,
J.
Banys
, and
Yu.
Vysochanskii
,
Low Temp. Phys.
42
,
1155
(
2016
).
24.
M.
Blume
,
V. J.
Emery
, and
R. B.
Griffiths
,
Phys. Rev. A
4
,
1071
(
1971
).
25.
W.
Hoston
and
A. N.
Berker
,
Phys. Rev. Lett.
67
,
1027
(
1991
).
26.
K. Z.
Rushchanskii
,
A.
Molnar
,
R.
Bilanych
,
R.
Yevych
,
A.
Kohutych
,
Yu. M.
Vysochanskii
,
V.
Samulionis
, and
J.
Banys
,
Phys. Rev. B
93
,
014101
(
2016
).
27.
V.
Liubachko
,
A.
Oleaga
,
A.
Salazar
,
R.
Yevych
,
A.
Kohutych
, and
Yu.
Vysochanskii
,
Phys. Rev. B
101
,
224110
(
2020
).
28.
P.
Ondrejkovic
,
M.
Kempa
,
Y.
Vysochanskii
,
P.
Saint-Gregoire
,
P.
Bourges
,
K.
Rushchanskii
, and
J.
Hlinka
,
Phys. Rev. B
86
,
224106
(
2012
).
29.
P.
Ondrejkovic
,
M.
Guennou
,
M.
Kempa
,
Y.
Vysochanskii
,
G.
Garbarino
, and
J.
Hlinka
,
J. Phys. Condens. Matter
25
,
115901
(
2013
).
30.
K.
Glukhov
,
K.
Fedyo
,
J.
Banys
, and
Yu.
Vysochanskii
,
Int. J. Mol. Sci.
13
,
14356
(
2012
).
31.
V.
Shvalya
,
A.
Oleaga
,
A.
Salazar
,
I.
Stoika
, and
Yu. M.
Vysochanskii
,
J. Mater. Sci.
51
,
8156
(
2016
).
32.
A.
Oleaga
,
V.
Shvalya
,
A.
Salazar
,
I.
Stoika
, and
Yu. M.
Vysochanskii
,
J. Alloys Compd.
694
,
808
(
2017
).
33.
U. V.
Waghmare
,
N. A.
Spaldin
,
H. C.
Kandpal
, and
R.
Seshadri
,
Phys. Rev. B
67
,
125111
(
2003
);
A.
Walsh
and
G. W.
Watson
,
J. Phys. Chem. B
109
,
18868
(
2005
).
[PubMed]
34.
M.
Naka
,
H.
Seo
, and
Y.
Motome
,
Phys. Rev. Lett.
116
,
056402
(
2016
).
35.
T. M.
Rice
and
L.
Sheddon
,
Phys. Rev. Lett.
47
,
689
(
1981
).
36.
R.
Yevych
,
M.
Medulych
, and
Yu.
Vysochanskii
,
Condens. Matter Phys.
21
,
23001
(
2018
).
37.
I.
Zamaraite
,
A.
Dziaugys
,
Yu.
Vysochanskii
, and
J.
Banys
,
Lith. J. Phys.
60
,
125
(
2020
).
38.
Yu.
Vysochanskii
,
K.
Glukhov
,
M.
Maior
,
K.
Fedyo
,
A.
Kohutych
,
V.
Betsa
,
I.
Prits
, and
M.
Gurzan
,
Ferroelectrics
418
,
124
(
2011
).
39.
C. L.
Wang
and
M. L.
Zhao
,
J. Adv. Dielectr.
1
,
163
(
2011
).
40.
H.
Fujishita
,
S.
Kitazawa
,
M.
Saito
,
R.
Ishisaka
,
H.
Okamoto
, and
T.
Yamaguchi
,
J. Phys. Soc. Jpn.
85
,
074703
(
2016
).
41.
U. T.
Hochli
and
L. A.
Boaltner
,
Phys. Rev. B
20
,
266
(
1979
).
42.
J. H.
Barrett
,
Phys. Rev.
86
,
118
(
1952
).
43.
N.
Barman
,
P.
Singh
,
C.
Narayana
, and
K. B. R.
Varma
,
AIP Adv.
7
,
035105
(
2017
).
44.
E.
Salje
,
B.
Wruck
, and
S.
Marais
,
Ferroelectrics
124
,
185
(
1991
).
45.
E. K. H.
Salje
,
B.
Wruck
, and
H.
Thomas
,
Z. Phys. B Condens. Matter
82
,
399
(
1991
).
46.
S. A.
Hayward
and
E. K. H.
Salje
,
J. Phys. Condens. Matter.
10
,
1421
(
1998
).
47.
M.
Iwata
,
A.
Miyashita
,
Y.
Ishibashi
,
K.
Moriya
, and
S.
Yano
,
J. Phys. Soc. Jpn.
67
,
499
(
1998
).
48.
J. G.
Bednorz
and
K. A.
Müller
,
Phys. Rev. Lett.
52
,
2289
(
1984
).
49.
C.
Ang
and
Z.
Yu
,
Phys. Rev. B
61
,
11363
(
2000
).
50.
Y. G.
Wang
,
W.
Kleemann
,
W. L.
Zhong
, and
L.
Zhang
,
Phys. Rev. B
57
,
13343
(
1998
).
51.
J.
Kumar
and
A. M.
Awasthi
,
J. Appl. Phys.
118
,
034103
(
2015
).
52.
J.
Kumar
,
R. J.
Choudhary
, and
A. M.
Awasthi
,
Appl. Phys. Lett.
104
,
262905
(
2014
).
53.
Yu.
Vysochanskii
,
A.
Molnar
,
R.
Yevych
,
K.
Glukhov
, and
M.
Medulych
,
Ferroelectrics
440
,
31
(
2012
).
54.
V.
Liubachko
,
V.
Shvalya
,
A.
Oleaga
,
A.
Salazar
,
A.
Kohutch
,
A.
Pogodin
, and
Y. M.
Vysochanskii
,
J. Phys. Chem. Solids
111
,
324
(
2017
).
55.
A.
Oleaga
,
A.
Salazar
,
M.
Massot
, and
Yu. M.
Vysochanskii
,
Thermochim. Acta
459
,
73
(
2007
).
56.
A.
Oleaga
,
A.
Salazar
,
A. A.
Kohutych
, and
Yu. M.
Vysochanskii
,
J. Phys. Condens. Matter
23
,
025902
(
2011
).
57.
K.
Moriya
,
H.
Kuniyoshi
,
K.
Tashita
,
Y.
Ozaki
,
S.
Yano
, and
T.
Matsuo
,
J. Phys. Soc. Jpn.
67
,
3505
(
1998
).
58.
K.
Moriya
,
T.
Yamada
,
K.
Saka
,
S.
Yano
,
S.
Baluya
,
T.
Matsuo
,
P.
Pritz
, and
Yu.
Vysochanskii
,
J. Therm. Anal. Calorim.
70
,
321
(
2002
).
59.
V.
Liubachko
,
A.
Oleaga
,
A.
Salazar
,
A.
Kohutych
,
K.
Glukhov
,
A.
Pogodin
, and
Yu.
Vysochanskii
,
Phys. Rev. Mater.
3
,
104415
(
2019
).
60.
C. D.
Carpentier
and
R.
Nitsche
,
Mater. Res. Bull.
9
,
401
(
1974
).
61.
R.
Folk
,
Phase Transit.
67
,
645
(
1999
).
62.
V.
Martelli
,
J. L.
Jiménez
,
M.
Continentino
,
E.
Baggio-Saitovitch
, and
K.
Behnia
,
Phys. Rev. Lett.
120
,
125901
(
2018
).
63.
W. H.
Huber
,
L. M.
Hernandez
, and
A. M.
Goldman
,
Phys. Rev. B
62
,
8588
(
2000
).
64.
V.
Shvalya
,
A.
Oleaga
,
A.
Salazar
,
A.
Kohutych
, and
Yu. M.
Vysochanskii
,
Mater. Express
7
,
361
(
2017
).
65.
P. W.
Anderson
,
Phys. Rev. Lett.
34
,
953
(
1975
).
66.
A.
Taraphder
and
P.
Coleman
,
Phys. Rev. Lett.
66
,
2814
(
1991
).
67.
V. M.
Rizak
,
A. A.
Bokotey
,
I. M.
Rizak
,
K.
Al’-Shoufi
, and
V. Yu.
Slivka
,
Ferroelectrics
192
,
149
(
1997
).
68.
S. W. H.
Eijt
,
R.
Currat
,
J. E.
Lorenzo
,
P.
Saint-Grégoire
,
B.
Hennion
, and
Yu. M.
Vysochanskii
,
Eur. Phys. J. B
5
,
169
(
1998
).
You do not currently have access to this content.