强自旋轨道耦合双层反铁磁体中对称分辨的双磁子激发

我们结合偏振拉曼光谱与自旋波计算研究了强自旋轨道耦合（SOC）双层钙钛矿反铁磁体 $Sr_3Ir_2O_7$ 中的磁激发。我们观测到源于磁激发的位于约 800 $cm^{-1}$ 和约 1400 $cm^{-1}$ 的两处宽拉曼特征。反常的是，约 800 $cm^{-1}$ 特征相对于底层四方（$D_{4h}$）晶格是完全对称的（$A_{1g}$），加之其宽线形，明确排除了单磁子激发为其起源的可能。相比之下，约 1400 $cm^{-1}$ 特征在 $A_{1g}$ 与 $B_{2g}$ 通道中均出现。由四方双层反铁磁体的自旋波与双磁子散射截面计算，我们认定约 800 $cm^{-1}$（约 1400 $cm^{-1}$）特征为双磁子激发，其磁子对分别来自区中心 $\Gamma$ 点（区边界范霍夫奇点 X 点）。我们进一步发现，这种区中心双磁子散射是双层钙钛矿磁体独有的，其除声学支外还拥有光学支，不同于单层对应物。该区中心双磁子模在对称性上区别于为解释 $Sr_3Ir_2O_7$ RIXS 磁激发谱中约 92 meV（742 $cm^{-1}$）能隙所提出的时间反演对称破缺自旋波能隙与相位模。