Bi2Fe4O9 中的轨道波动与自旋轨道耦合
材料科学
2025-01-08 v1
摘要
磁力学的扰动和退化性质深刻影响着从竞争性交换相互作用中涌现的基态磁性质。通过 Kugel-Khomskii 型(KK 型)相互作用对轨道和声子进行工程化控制，最近实现了轨道对磁电(ME)耦合的增强。利用综合光谱技术和第一性原理模拟，本文展示了磁力学扰动的开罗网格 Bi2Fe4O9 表现出强大的 KK 型相互作用，导致在比 Neel 温度(TN = 245 K)高出1.8倍以下出现耦合自旋轨道相位。我们观察到声子线宽变化了一个数量级，这不能仅从旋-声子耦合通道解释。相反，观察到的变化类似于轨道活跃材料，我们通过测量低能轨道激发的 T 依赖性来明确确认这一点。我们进一步发现，Bi2Fe4O9 含有不稳定的极化模，导致晶格在TN 以下降向对称性更低的铁电(FE)相，这与先前报告的极化滞回性相符。尽管如此，FE 相导致极小的计算超格子布拉格峰强度，这些峰尚未被实验确认。此外，热导率测量未显示出KK 型相互作用对TN 跨越的热力学传输的可测量效应。但我们观察到57 K 附近出现一个可重复的异常值，这仅在加热循环中出现，同时伴随在拉曼测量中观察到的400 meV 宽连续体。Bi2Fe4O9 中观察到的 KK 型相互作用为通过声子控制超交换相互作用实现轨道增强ME 耦合提供了机会。
引用
@article{arxiv.2501.03555,
title = {Orbital fluctuations and spin-orbital-lattice coupling in Bi2Fe4O9},
author = {Aditya Prasad Roy and M. K. Chattopadhyay and Ranjan Mittal and Srungarpu N. Achary and Avesh K. Tyagi and Manh Duc Le and Dipanshu Bansal},
journal= {arXiv preprint arXiv:2501.03555},
year = {2025}
}
备注
7 figures