Magnetic Resonance in the Quasi-2D Square Lattice Easy-Plane Antiferromagnet Ba2MnGe2O7

Мұқаба

Дәйексөз келтіру

Толық мәтін

Ашық рұқсат Ашық рұқсат
Рұқсат жабық Рұқсат берілді
Рұқсат жабық Тек жазылушылар үшін

Аннотация

We report results of a multi-frequency (0.8–60 GHz) electron spin resonance study of the spin dynamics in the quasi-2D square lattice antiferromagnet Ba2MnGe2O7 both in antiferromagnetically ordered and paramagnetic phases. We directly observe two zero-field gaps in the excitation spectrum of the ordered phase, the larger one being due to easy-plane anisotropy, and the smaller one indicates the presence of fourth-order in-plane anisotropy probably related to the multiferroic properties of this compound. We observe effects of hyperfine interaction on the electron spin resonance spectra in the antiferromagnetically ordered state, which turns out to be comparable with in-plane anisotropy. The hyperfine field strength is found from the observed low-temperature electron spin resonance data. The spin dynamics of the paramagnetic phase is characterized by strong broadening of the ESR absorption line, which can be ascribed to the vortex dynamics of a 2D magnet.

Авторлар туралы

V. Glazkov

Kapitza Institute for Physical Problems, Russian Academy of Sciences

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

Yu. Krasnikova

Kapitza Institute for Physical Problems, Russian Academy of Sciences

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

I. Rodygina

Kapitza Institute for Physical Problems, Russian Academy of Sciences

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

M. Khemmida

Experimental Physics V, University of Augsburg

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

M. Khirle

Experimental Physics V, University of Augsburg

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

Kh. Krug fon nidda

Experimental Physics V, University of Augsburg

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

T. Masuda

Institute for Solid State Physics, The University of Tokyo

Хат алмасуға жауапты Автор.
Email: glazkov@kapitza.ras.ru
277-8581, Kashiwa, Chiba, Japan

Әдебиет тізімі

  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).

Қосымша файлдар

Қосымша файлдар
Әрекет
1. JATS XML
Жүктеу

© Russian Academy of Sciences, 2023

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».