Magnetooptical and magnetotransport effects in non-collinear antiferromagnets

Abstract

Tato práce zkoumá magnetické vlastnosti antiferomagnetické sloučeniny Mn5Si3. Mn5Si3 vykazuje dvě uspořádání svých magnetických momentů, a to v závislosti na teplotě: v nízkoteplotní antiferomagnetické fázi pod 90 K je toto uspořádání nekolineární a neko- planární a stane se kolineárním za vyšších teplot až do 240 K. Mn5Si3 má v obou antiferomagnetických fázích spinově rozštěpenou pásovou strukturu, a to kvůli speciál- nímu nerelativistickému mechanismu. Díky kombinaci antiferomagnetického uspořádání a rozštěpené pásové struktury patří Mn5Si3 do nové třídy magnetických materiálů - al- termagnetů. Ke studiu spinového rozštěpení pásové struktury jsme využili dvou metod: Nejprve jsme pomocí magnetotransportních a termotransportních experimentů zkoumali Hallovskou a Nernstovskou odezvu v epitaxních tenkých vrstvách Mn5Si3. Hlavním výsledkem tohoto měření je detailní analýza změřeného spontánního Hallovského signálu společně s prvním pozorováním spontánního Nernstova jevu v Mn5Si3. V druhé části jsme studovali magnetooptickou odezvu tenkých vrstev Mn5Si3 v reflexní geometrii měřením polárního Kerrova jevu a Voigtova jevu. Ve Voigtově geometrii jsme změřili silný optický signál s kvadratickou závislostí na přiloženém magnetickém poli, o němž se domníváme, že má magnetooptický původ. Dále jsme pozorovali silný...

In this thesis, we investigate the magnetic properties of an antiferromagnet Mn5Si3. Mn5Si3 shows two configurations of magnetic moments depending on temperature: the low-temperature phase (below 90 K) is noncollinear and noncoplanar, while the spin configuration is collinear at higher temperatures up to 240 K. Furthermore, the band structure of Mn5Si3 is spin-split in both antiferromagnetic phases via a specific nonrel- ativistic mechanism, referred as altermagnetism. We probed this spin-splitting by two distinct methods: Firstly, we characterized the transport properties of Mn5Si3 by mea- suring electronic and thermoelectric transport phenomena. Particularly, we detected the spontaneous Hall and Nernst responses in Mn5Si3 thin epitaxial films. The key outcome was a detailed analysis of the spontaneous Hall signal together with the observation of the spontaneous Nernst effect. In the second approach, we studied magnetooptical re- sponse of the thin films, where we focused on reflective geometry (the polar Kerr effect and the Voigt effect). We observed a pronounced signal in the Voigt geometry, which is quadratic in magnetization and could correspond to a magnetooptical signal. Further- more, we observed a change in optical response when the thin-film samples were exposed to a thermally-induced mechanical...