Magnetooptical and magnetotransport effects in non-collinear antiferromagnets

Abstract

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...

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...