Magnitnyy rezonans v kvazidvumernom antiferromagnetike na kvadratnoy reshetke 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).

© Russian Academy of Sciences, 2023

Осы сайт cookie-файлдарды пайдаланады

Біздің сайтты пайдалануды жалғастыра отырып, сіз сайттың дұрыс жұмыс істеуін қамтамасыз ететін cookie файлдарын өңдеуге келісім бересіз.< / br>< / br>cookie файлдары туралы< / a>