Необычное поведение вращения

Том 12 научных отчетов, номер статьи: 14065 (2022) Цитировать эту статью

693 Доступа

1 Альтметрика

Подробности о метриках

Представлены экспериментальные и теоретические исследования колебательных (фононных) мод решетки в квазиодномерном (или цепочечном) антиферромагнетике RbCoCl3 при низких температурах как выше, так и ниже двух различных магнитных фазовых переходов. Найдены четкие доказательства роли спин-фононных взаимодействий в обеспечении температурно-зависимого вклада частот фононов симметрии E1g и E2g, которые встречаются с частотами, сравнимыми с частотами спин-волновых возбуждений (магнонов) в этом соединении. Поведение в RbCoCl3, изученное здесь с помощью экспериментов по комбинационному рассеянию света, сильно отличается от поведения, обычно наблюдаемого в антиферромагнетиках рутиловой структуры, где спин-фононная связь хорошо охарактеризована. Теория модифицирована с учетом сильной изинговской компоненты спинового гамильтониана. Это позволяет определить параметры спин-фононного взаимодействия, при этом анализ также показывает возникновение дополнительного частотного сдвига фононов ниже температуры перехода TN1 = 28 К, связанного с магнитным упорядочением вдоль цепочек Co.

Спин-фононная связь в магнитных твердых телах распространена повсеместно1 и важна для многих физических свойств таких твердых тел. Признаки иногда сильного, но обычно тонкого взаимодействия между колебательными модами решетки (фононами) и спиновыми волнами (магнонами) в магнитоупорядоченном состоянии могут принимать различные формы, которые часто лучше всего изучаются при околонулевом волновом векторе, что делает их идеальными. для оптических исследований с использованием неупругого рассеяния света (рамановская или бриллюэновская спектроскопия)1 или инфракрасного поглощения. Доскональное знание такой спин-фононной связи очень важно для понимания всех физических свойств в динамике магнитных материалов и может быть определяющим фактором для применения определенных материалов в практических приложениях2,3,4.

В последние годы существует устойчивый интерес к новым свойствам гексагональных соединений перовскита формы ABX3, где A представляет собой Cs, Rb или Tl, B представляет собой ион двухвалентного металла, а X представляет собой галогенид щелочного металла (обычно Cl или Br). Гексагональная кристаллическая структура показана в общих чертах на рис. 1, где подчеркнуты положения магнитных атомов B (в данном случае Co). Было обнаружено, что такие перовскиты, содержащие магнитные ионы Co со спином 1/2, демонстрируют квазиодномерное (1D) антиферромагнитное упорядочение при низких температурах в результате доминирующих обменных взаимодействий модели Изинга, происходящих вдоль цепочек магнитных ионов Co (см. рис. 1). ). Интересные особенности включают континуумы ​​спин-волновой энергии и возможность связанных магнонных состояний и их потенциальное применение в устройствах квантового транспорта со спином 1/2. Хлорид рубидия-кобальта (RbCoCl3) является примером такого желательного магнитного материала из-за его классического квазиодномерного магнитного упорядочения5,6, и по этой причине он будет изучен здесь. Большинство этих перовскитов переходных металлов демонстрируют два магнитных фазовых перехода при температурах, обозначенных TN1 и TN2. соответственно. Более высокая из этих температур перехода, TN1, представляет собой температуру, ниже которой возникает антиферромагнитное упорядочение в одном измерении вдоль цепочек, тогда как более низкая температура TN2 означает начало дополнительного трехмерного межцепочечного упорядочения за счет обменных взаимодействий между ионами Co внутри кристаллических плоскости ab (см. рис. 1). Большой объем работ по рассеянию нейтронов, а также оптические измерения, такие как комбинационное рассеяние света и дальняя инфракрасная спектроскопия, были использованы для этих соединений для определения их структурных и динамических свойств. Эти экспериментальные исследования включали CsCoCl3 (см., например, 7,8,9,10,11), RbCoCl312,13,14,15, TlCoCl316 и CsCoBr38,9,10,17,18,19.

Схема кристаллической структуры RbCoCl3, показывающая только ионы Co (закрашенные зеленые кружки), упорядоченные антиферромагнитно вдоль цепочек (в кристаллографическом направлении c) с обменом ближайшего соседа J1 и обменом следующего ближайшего соседа J2. Каждый ион Co окружен шестиугольником из шести ионов Co с межцепным обменным взаимодействием J' в плоскости ab.