抗磁性体 CoF$_2$ 中的极化声子与磁激发

抗磁性自旋与固体中红外活性声子之间的耦合是许多引人入胜的现象的原因，该领域是现代基于抗磁性自旋器件和声子器件的研究热点。绝缘体晶体rutile抗磁性晶体 CoF$_2$ 是研究非线性磁声子耦合的典型材料，其强自旋-晶格耦合源于 Co$^{2+}$离子在轨道退化基态中的表现，体现为丰富的静态和诱导应变磁效应。本文报告了对 CoF$_2$中晶格和磁动力学在宽温度范围内的红外光谱研究结果及其精心分析。我们观察到，红外活性声子在抗磁性有序时表现出频率位移。此外，利用第一性原理计算，我们考察了晶格动力学，发现这些频率位移主要源于自旋-声子耦合而非几何晶格效应。随后我们发现，低频介电介数在抗磁性有序时表现出显著变化，这是由红外活性声子引起的自发磁介电效应所致。此外，我们在红外光谱中观察到了磁激发，并鉴定出其磁偶极来源。为加强我们的结论，我们分析了在 $\Gamma$ 点上所有声子与磁子耦合的理论。我们得出结论，$A_{1g}$ 和 $B_{2g}$ 拉曼活性模式产生的最大效应。因此，我们的结果为进一步研究和更深入地理解声子与自旋、磁激发在抗磁性体中的耦合提供了坚实的基础。