Διεγέρσεις μαγνονίων χαμηλής ενέργειας στον ελικοειδή μαγνήτη Ba2CuGe2O7
Low energy magnon modes in the helimagnet Ba2CuGe2O7
Ψαρουδάκη, Χριστίνα
Παπανικολάου, Νικόλαος
Μελετάμε διεγέρσεις μαγνονίων στον ελικοειδή μαγνήτη Ba2CuGe2O7 όπου μία ελικοειδής μαγνητική δομή έχει παρατηρηθεί κάτω από μία κρίσιμη θερμοκρασία. Οι συμμετρικές αλληλεπιδράσεις ανταλλαγής συναγωνίζονται με αντισυμμετρικές αλληλεπιδράσεις Dzyaloshinskii-Moriya, και έχουν ως αποτέλεσμα τη δημιουργία ελικοειδούς δομής. Αναπτύσσουμε ένα συνεχές μοντέλο, το οποίο παρέχει το αναγκαίο θεωρητικό πλαίσιο για τον υπολογισμό της θεμελιώδους κατάστασης για την commensurate και incommensurate φάση. Στην περίπτωση διάδοσης σπιν κατά μήκος του x άξονα, οι εξισώσεις που περιγράφουν διακυμάνσεις γύρω από την θεμελιώδη κατάσταση της ελικοειδούς δομής επιδέχονται αναλυτικές λύσεις και υπακούν την κλασσική Lamè εξίσωση. Οι τρόποι ταλάντωσης για χαμηλές ενέργειες εμφανίζονται σαν Goldstone modes λόγω της σπασμένης συμμετρίας. Επιπλέον, η παράμετρος ανισοτροπίας γ καθορίζει τη φάση του συστήματος. . Για 0 ≤ γ ≤ γ0 η incommensurate φάση είναι ευσταθής και το σύστημα περιγράφεται από το flat spiral, ενώ για γ ≥ γ2 το σύστημα περιγράφεται από την Nèel κατάσταση. Επομένως υπάρχει μία κρίσιμη περιοχή από γ1 ≤ γ ≤ γ2 στην οποία καμία από τις δύο καταστάσεις δεν είναι ευσταθείς. Τέλος, πειραματικά αποτελέσματα υπάρχουν μόνο στην περίπτωση διάδοσης κυμάτων κατά μήκος του χ άξονα και έρχονται σε καλή προσέγγιση με τα αντίστοιχα θεωρητικά.
(EL)
Low energy magnon excitations are studied in the quasi-two dimensional
antiferromagnet Ba2CuGe2O7, where an incommensurate
magnetic spiral structure has been observed. Symmetric exchange
interactions compete with antisymmetric Dzyaloshinskii-
Moriya interactions and result in helimagnetism. A continuum effective
field theory is developed to provide the necessary theoretical
framework for the calculation of the ground state in the commensurate
and incommensurate phase. In the case of spin wave propagation
along x axis, equations describing fluctuations around the
ground state of the incommensurate phase admit analytic solutions
obeying the classic Lam´e equation. Low energy modes appear as
Goldstone modes due to broken continuous translation symmetry
but exhibit a characteristic anisotropy for propagation along the y
axis. Moreover, an anisotropy parameter γ determines the phase
of the system. For 0 ≤ γ ≤ γ1, with
γ1 = 1.419, the incommensurate
phase is stable and the system is described by a flat spiral,
whereas for γ ≥ γ2, with γ2 = 2, the commensurate phase is stable
and the system is described by the Neel state. Therefore, there
is a region γ1 ≤ γ ≤ γ2 for which neither the commensurate nor
the incommensurate phase is stable. Finally, experimental results
exist for the case of spin wave propagation along x axis and are in
good agreement with theoretical predictions.
(EN)
