Yapılan bir araştırmada, dalgalanmalar nedeniyle kutupsal bir antiferromıknatısta büyük ölçüde güçlendirilmiş fonon manyetik momentlerini ortaya koyuyor.
Fononlar Nedir ve Nasıl Oluşur?
Seslere veya kafes titreşimlerine bağlı yarı parçacıklar olan fononların hem momentuma hem de açısal momentuma sahip olması mümkündür. Bununla birlikte, genellikle bu yarı parçacıkların çok küçük manyetik momentlere sahip olduğu kabul edilir.
Çinli Araştırmacıların yaptığı yeni bir çalışma, kutupsal antiferromanyet Fe2Mo3O8 ‘in fonon manyetik momentlerini inceledi. Çalışmaları Fe2Mo3O8‘deki spin dalgalanmalarının büyük fonon manyetik momentlerini artırdığını ortaya koydu.
Çalışmanın araştırmacılarından Qi Zhang yaptığı açıklamada, “manyetik olmayan topolojik sistemlerde büyük fonon manyetik momentlerinin (PMM) son keşiflerinden esinlenerek spin-düzenli bir sistemde fononların manyetik özellikleri hakkında düşündük” dedi.
“Manyetik malzemelerdeki büyük PMM, birçok spin-kafes etkileşimi türü tarafından desteklenmelidir, ancak bu çalışmadan önce bu tanımlanmamıştı. Dalgalanmaların ve çoklu cisim korelasyonlarının PMM’nin oluşumuna nasıl uyduğu belirsizdi.”
Fononlar ve manyetizma arasındaki etkileşim hakkında daha fazla bilgi edinmek, Zhang ve meslektaşlarının en son çalışmalarının ana hedefiydi. Bunu başarmak için Fe2Mo3O8 antiferromanyetini bir dizi testte kullandılar.
Zhang, manyetik dinamiklerin fononik kontrolü için yeni olasılıkların yanı sıra PMM’ye dayalı benzersiz spin bilgi cihazlarının, kafes titreşimi ve her türlü manyetik süreç arasında doğrudan bir bağlantı sunan fononların büyük manyetik momentleri tarafından mümkün kılındığını belirtti.
Malzeme sistemi seçimi açısından, önemli spin-kafes bağlantısına işaret eden oldukça büyük bir termal Hall katsayısına sahip olan tip multiferroik Fe2Mo3O8‘e odaklanıyoruz.
Zhang ve meslektaşlarının çalışmalarında kullandıkları iki önemli yöntem elastik olmayan nötron saçılması ve manyeto-Raman spektroskopisidir. Bu yöntemleri kullanarak, Fe2Mo3O8 tek kristallerinde 42 cm-1 (5,3 meV)’de iki alçakta yatan uyarımın fononik doğasını belirleyebildiler.
Zhang’a göre, fonon Zeeman etkisi daha sonra bu modların fonon manyetik momentlerini (PMM) belirlemek için kullanıldı. Bu, manyetik alanlar altında polarizasyon çözümlü Raman spektroskopisinde fonon frekans kaymasının eğimi belirlenerek yapıldı. Paramanyetik ve antiferromanyetik fazlar arasındaki sınırlara yakın bir yerde, tek bir PMM artışı keşfedildi.
Bu son deneysel araştırma Profesör Jinsheng Wen ile Profesör Yuan Wan’ın ekibleri arasındaki ortak bir çalışmaydı. Prof. Wen malzemeyi sentezleyip nötron gözlemlerini toplarken, Prof. Wan’ın grubu deneyin arkasındaki temel fiziği temsil eden minimum bir model geliştirmek için bir simetri analizi gerçekleştirdi.
Zhang’a göre, bu çalışmadaki en dikkat çekici keşif, manyetik geçişe yakın PMM’nin %600 ferrimanyetik dalgalanma amplifikasyonudur. Bu tür bir dalgalanma artışı teorik olarak manyetik duyarlılıkla bile farklılaşan ve bir elektron veya magnon modunun manyetik momentini (2 Bohr magneton) aşan bir PMM sağlayabilir.
Sonunda, araştırmacılar tarafından numunedeki fonon manyetik momentinin altı kat arttığı tespit edildi. Araştırmaları ve bulgularını özetleyen teorik mikroskobik model, gelecekte fononların ve manyetizmanın etkileşimi üzerine daha ilgi çekici bulgulara kapı açabilir.
Zhang, ileriye dönük hedeflerimizden birinin çalışmalarımızı denge dışı bölgeye genişletmek olduğunu belirtti. Örneğin, geçici ferromanyetizma veya kiral fononlar tarafından yönlendirilen manyetik dinamikler ile ilgileniyoruz. Tersine, termal bir taşıma sürecinde büyük bir manyetik momente sahip bir fononun davranışını ve bu sistemde spin Hall etkisinin fononik bir tezahürünün meydana gelip gelemeyeceğini araştırmayı amaçlıyoruz.
Kaynak: https://phys.org/news
