多铁性锰钙钛矿中自旋 - 声子耦合理论
强关联电子
2011-10-07 v1 材料科学
摘要
通过扩展我们之前的工作 [M. Mochizuki 等，Phys. Rev. Lett. 105, 037205 (2010)]，本文重点研究对称磁致伸缩或 Peierls 型自旋 - 声子耦合的关键作用，从理论上研究了稀土 (R) 锰钙钛矿 RMnO3 的磁电相图。我们首先构建了一个包含受阻自旋交换、单离子各向异性和 Dzyaloshinskii-Moriya 相互作用的 RMnO3 微观经典 Heisenberg 模型。该模型还包含了通过 Peierls 型磁致伸缩与 Mn 自旋耦合的晶格自由度。利用副本交换 Monte-Carlo 技术对该模型进行分析，我们在温度与正交晶格畸变幅度的平面上重现了 RMnO3 的完整相图。令人惊讶的是，我们发现 ab 平面螺旋自旋相中，(S·S) 型磁致伸缩对极化 P//a 的铁电序起着重要作用，其贡献与 (S×S) 型磁致伸缩的贡献相当甚至更大；而在 bc 平面螺旋相中，P//c 的铁电序则纯粹源于 (S×S) 机制。这解释了实验观测到的 ab 平面螺旋相中的极化 P 远大于 bc 平面螺旋相的现象，并为如何增强基于自旋螺旋的多铁性材料中的磁电耦合提供了线索。此外，我们还预测了 E 型自旋结构的非共线畸变会导致 P//a 的铁电序产生有限的 (S×S) 贡献，并预测了共格 E 态与非共格螺旋态的宽共存区域，从而解决了若干实验难题。
引用
@article{arxiv.1109.3267,
title = {Theory of spin-phonon coupling in multiferroic Mn perovskites},
author = {Masahito Mochizuki and Nobuo Furukawa and Naoto Nagaosa},
journal= {arXiv preprint arXiv:1109.3267},
year = {2011}
}
备注
15 pages, 18 figures, accepted for publication in Physical Review B, selected as "Editors' Suggestion"