Orbital Moment-driven Anisotropy and Spin Dynamics in van der Waals Magnets

Abstract

Title: Orbital Moment-driven Anisotropy and Spin Dynamics in van der Waals Magnets Author: Ing. Dávid Hovančík Department: Department of Condensed Matter Physics Supervisor: doc.RNDr.Jiří Pospíšil,Ph.D., Department of Condensed Matter Physics Abstract: Orbital magnetization, arising from the imaginary component of the electronic wave function, remains comparatively poorly understood in solid. Van der Waals magnets provide a versatile platform for exploring low-dimensional magnetism and orbital-related phenomena. Long-range magnetic order in two dimensions is enabled by magnetic anisotropy, typically arising from spin-orbit coupling with orbital degrees of freedom. Yet, in most 3d-transition-metal-based van der Waals magnets, the orbital moment is quenched by the crystal field, leading to relatively weak anisotropy. In this thesis, we focus on the van der Waals ferromagnet VI3, where the interplay of a partially filled 3d shell, crystal field, spin-orbit coupling, and strong electronic correlations leads to an unquenched orbital moment. Our X-ray magnetic circular dichroism study directly reveals a substantial orbital magnetic moment on V3+ ion, resolving long-standing ques- tions regarding its electronic ground state. Raman and infrared spectroscopy further demonstrate the impact of active orbital...

Názov: Orbitálnym momentom poháňaná anizotropia a spinové vlny vo van der Waalsovských magnetoch Autor: Ing. Dávid Hovančík Pracovisko: Katedra Kondenzových Látok Školiteľ: doc.RNDr.Jiří Pospíšil,Ph.D., Department of Condensed Matter Physics Abstrakt: Orbitálna magnetizácia, pochádajúca z imaginárnej zložky elektronovej vlnovej funkcie, zostáva v pevných látkach pomerne málo preskúmaná. Van der Waalsove magnety poskytujú všestrannú platformu na štúdium nízkorozmerného magne- tizmu a javov súvisiacich s orbitálnymi stupňami voľnosti. Dlhodosahové mag- netické usporiadanie v dvoch rozmeroch je umožnené magnetickou anizotro- piou, ktorá zvyčajne vzniká v dôsledku spin-orbitálnej väzby s orbitálnymi stupňami voľnosti. Vo väčšine van der Waalsových magnetov založených na 3d prechodných kovoch je však orbitálny moment potlačený kryštálovým poľom, čo vedie k relatívne slabej anizotropii. V tejto práci sa zameriavame na van der Waalsov feromagnet VI3, v ktorom vzájomné pôsobenie čiastočne zaplneného 3d orbitalu, kryštálového poľa, spin-orbitálnej väzby a silných elektronových korelácií vedie k nenulovému orbitálnemu momentu. Naša štúdia pomocou X- ray magnetického cirkulárneho dichroizmu priamo potrdzuje výskyt...