Магнитный резонанс в квазидвумерном антиферромагнетике на квадратной решетке Ba2MnGe2O7

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Представлены результаты исследования спиновой динамики в квазидвумерном антиферромагнетике на квадратной решетке Ba2MnGe2O7 при помощи методики электронного спинового резонанса как в антиферромагнитно-упорядоченной, так и в парамагнитной фазах. В упорядоченной фазе обнаружено присутствие двух щелей в спектре возбуждений, б´ольшая из которых связана с легкоплоскостной анизотропией, а меньшая указывает на присутствие анизотропии в плоскости, возможно, связанной с демонстрируемыми этим соединением свойствами мультиферроика. Обнаружено влияние сверхтонкого взаимодействия на спектры антиферромагнитного резонанса в упорядоченной фазе, эффект взаимодействия электронной и ядерной спиновых подсистем оказывается сравним с эффектом анизотропии в плоскости. Определены параметры сверхтонкого поля для Ba2MnGe2O7. В парамагнитной фазе выше температуры Нееля наблюдается сильное уширение линии магнитного резонанса, которое может быть связано с вкладом от вихрей в двумерном XY-магнетике. Статья для специального выпуска ЖЭТФ, посвященного 95-летию Л. А. Прозоровой

Об авторах

В. Н Глазков

Институт физических проблем им. П. Л. Капицы Российской академии наук

Email: glazkov@kapitza.ras.ru
119334, Moscow, Russia

Ю. В Красникова

Институт физических проблем им. П. Л. Капицы Российской академии наук

Email: glazkov@kapitza.ras.ru
119334, Moscow, Russia

И. К Родыгина

Институт физических проблем им. П. Л. Капицы Российской академии наук

Email: glazkov@kapitza.ras.ru
119334, Moscow, Russia

М. Хеммида

University of Augsburg

Email: glazkov@kapitza.ras.ru
86159, Augsburg, Germany

М. Хирле

University of Augsburg

Email: glazkov@kapitza.ras.ru
86159, Augsburg, Germany

Х. -А Круг фон нидда

University of Augsburg

Email: glazkov@kapitza.ras.ru
86159, Augsburg, Germany

Т. Масуда

The University of Tokyo Kashiwa

Автор, ответственный за переписку.
Email: glazkov@kapitza.ras.ru
277-8581, Kashiwa, Chiba, Japan

Список литературы

  1. L. J. de Jongh and A. R. Miedema, Experiments on Simple Magnetic Model Systems, Adv. Phys. 23, 1 (1974)
  2. reprinted as Adv. Phys. 50, 947 (2010).
  3. A. Vasiliev, O. Volkova, E. Zvereva, and M. Markina, Milestones of Low-D Quantum Magnetism, Quantum Mater. 3, 18 (2018).
  4. D. C. Mattis, The Theory of Magnetism Made Simple, World Scienti c Publishing (2006).
  5. J. M. Kosterlitz and D. J. Thouless, Ordering, Metastability and Phase Transitions in Two-Dimensional Systems, J. Phys. C: Solid State Physics 6, 1181 (1973).
  6. A. Cuccoli, T. Roscilde, V. Tognetti, R. Vaia, and P. Verrucchi, Quantum Monte Carlo Study of S=1/2 Weakly Anisotropic Antiferromagnets on the Square Lattice, Phys. Rev. B 67, 104414 (2003).
  7. N. A. Fortune, S.T. Hannahs, Y. Yoshida, T.E. Sherline, T. Ono, H. Tanaka, and Y. Takano, Cascade of Magnetic-Field-Induced Quantum Phase Transitions in a Spin-1/2 Triangular-Lattice Antiferromagnet, Phys. Rev. Lett. 102, 257201 (2009).
  8. M. E. Zhitomirsky and H. Tsunetsugu, Magnon Pairing in Quantum Spin Nematic, Europhys. Lett. 92, 37001 (2010).
  9. S.-W. Cheong and M. Mostovoy, Multiferroics: a Magnetic Twist for Ferroelectricity, Nature Mater. 6, 13 (2007).
  10. W. D. Ratcli II and J. W. Lynn, Experimental Methods in the Physical Sciences, 48, 291 (2015).
  11. А. П. Пятаков, А. К. Звездин, Магнитоэлектрические материалы и мультиферроики, УФН 182, 593 (2012)
  12. Physics-Uspekhi 55, 557 (2012).
  13. A. J. Heeger, A. M. Portis, D. T. Teaney, and G. Witt, Double Resonance and Nuclear Cooling in an Antiferromagnet, Phys. Rev. Lett. 7, 307 (1961).
  14. P. G. de Gennes, P. A. Pincus, F. Hartmann-Boutron, and J. M. Winter, Nuclear Magnetic Resonance Modes in Magnetic Material. I. Theory, Phys. Rev. 129, 1105 (1963).
  15. G. L. Witt and A. M. Portis, Nuclear Magnetic Resonance Modes in Magnetic Materials. II. Experiment, Phys. Rev. A 135, 1616 (1964).
  16. А.С. Боровик-Романов, Н.М. Крейнес, Л.А. Прозорова, Антиферромагнитный резонанс в MnCO3, ЖЭТФ 45, 64 (1963)
  17. А. В. Андриенко, В. И. Ожогин, В. Л. Сафонов, А. Ю. Якубовский, Исследования ядерных спиновых волн, УФН 161, 1 (1991)
  18. Sov. Phys. Usp. 34, 843 (1991).
  19. А. В. Андриенко, Л. А. Прозорова, Особенности спектра антиферромагнитного резонанса в RbMnCl3, ЖЭТФ 74, 1527 (1978)
  20. Sov. Phys. JETP 47, 798 (1978).
  21. А. В. Андриенко, Л. А. Прозорова, Антиферромагнитный резонанс и параметрическое возбуждение спиновых волн в CsMnCl3, ЖЭТФ 78, 2411 (1980)
  22. Sov. Phys. JETP 51, 1213 (1980).
  23. И. А. Зализняк, Н. Н. Зорин, С. В. Петров, Исследование щели в спектре АФМР в квазиодномерном гексагональном антиферромагнетике CsMnBr3, Письма в ЖЭТФ 64, 433 (1996)
  24. JETP Letters 64, 473 (1996).
  25. Л. А. Прозорова, С. С. Сосин, Д. В. Ефремов, С. В. Петров, Исследование сверхтонкого взаимодействия в антиферромагнетике CsMnI3, ЖЭТФ 112, 1 (1997)
  26. JETP 85, 1035 (1997).
  27. T. Masuda, S. Kitaoka, S. Takamizawa, N. Metoki, K. Kaneko, K. C.Rule, K. Kiefer, H. Manaka, and H. Nojiri, Instability of Magnons in Two-Dimensional Antiferromagnets at High Magnetic Fields, Phys. Rev. B 81, 100402(R) (2010).
  28. Sh. Hasegawa, Sh. Hayashida, Sh. Asai, M. Matsuura, I. Zaliznyak, and T. Masuda, Nontrivial Temperature Dependence of Magnetic Anisotropy in Multiferroic Ba2MnGe2O7, Phys. Rev. Res. 3, L032023 (2021).
  29. M. E. Zhitomirsky and A. L. Chernyshev, Instability of Antiferromagnetic Magnons in Strong Fields, Phys. Rev. Lett. 82, 4536 (1999).
  30. H. Murakawa, Y. Onose, S. Miyahara, N. Furukawa, and Y. Tokura, Compehensive Study of the Ferroelectricity Induced by the Spin-Dependent d-p Hybridization Mechanism in Ba2XGe2O7 (X=Mn, Co, Cu), Phys. Rev. B 85, 174106 (2012).
  31. A. Sazonov, V. Hutanu, M. Meven, G. Roth, R. Georgii, T. Masuda, and B'alint N'afr'adi, Crystal Structure of Magnetoelectric Ba2MnGe2O7 at Room and Low Temperatures by Neutron Di raction, Inorganic Chemistry 57, 5089 (2018).
  32. Y. Iguchi, Y. Nii, M. Kawano, H. Murakawa, N. Hanasaki, and Y. Onose, Microwave Nonreciprocity of Magnon Excitations in the Noncentrosymmetric Antiferromagnet Ba2MnGe2O7, Phys. Rev. B 98, 064416 (2018).
  33. А. Г. Гуревич, Г. А. Мелков, Магнитные колебания и волны, Физматлит, Москва (1994).
  34. T. Nagamiya, K. Yosida, and R. Kubo, Antiferromagnetism, Adv. in Phys. 4, 1 (1955).
  35. M. Kolesik and M. Suzuki, Accurate Estimates of 3D Ising Critical Exponents Using the Coherent-Anomaly Method, Physica A: Statistical Mechanics and its Applications, 215, 138 (1995).
  36. M. Campostrini, M. Hasenbusch, A. Pelissetto, P. Rossi, and E. Vicari, Critical Behavior of the Three-Dimensional XY Universality Class, Phys. Rev. B 63, 214503 (2001).
  37. А. Ф. Андреев, В. И. Марченко, Симметрия и макроскопическая динамика магнетиков, УФН 130, 39 (1980)
  38. Sov. Phys. Usp. 23, 21 (1980).
  39. О. Г. Удалов, Спектр ЯМР в неколлинеарном антиферромагнетике Mn3Al2Ge3O12, ЖЭТФ 140, 561 (2011)
  40. JETP 113, 490 (2011).
  41. Е. А. Туров, М. П. Петров, Ядерный магнитный резонанс в ферро- и антиферромагнетиках, Наука, Москва (1969).
  42. С. А. Альтшулер, Б. М. Козырев, Электронный парамагнитный резонанс соединений элементов промежуточных групп, Наука, Москва (1972).
  43. L. A. Batalov and A. V. Syromyatnikov, Breakdown of Long-Wavelength Magnons in Cubic Antiferromagnets with Dipolar Forces at Small Temperature, Phys. Rev. B 91, 224432 (2015).
  44. А. В. Сыромятников, частное сообщение (2019).
  45. M. Heinrich, H.-A. Krug von Nidda, A. Loidl, N. Rogado, and R. J. Cava, Potential Signature of a Kosterlitz-Thouless Transition in BaNi2V2O8, Phys. Rev. Lett. 91, 137601 (2003).
  46. T. F¨orster, F. A. Garcia, T. Gruner, E. E. Kaul, B. Schmidt, C. Geibel, and J. Sichelschmidt, Spin uctuations with two-dimensional XY behavior in a frustrated S = 1/2 square-lattice ferromagnet, Phys. Rev. B 87, 180401(R) (2013).
  47. M. Hemmida, H.-A. Krug von Nidda, and A. Loidl, Traces of Z2-Vortices in CuCrO2, AgCrO2, and PdCrO2, J. Phys. Soc. Jpn 80, 053707 (2011).
  48. M. Hemmida, H.-A. Krug von Nidda, N. Bu¨ttgen, A. Loidl, L. K. Alexander, R. Nath, A. V. Mahajan, R. F. Berger, R. J. Cava, Yogesh Singh, and D. C. Johnston, Vortex Dynamics and Frustration in Two-Dimensional Triangular Chromium Lattices, Phys. Rev. B 80, 054406 (2009).

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать

© Российская академия наук, 2023