Spin and Lattice Excitations in Multiferroics

Abstract

The scientific significance of dynamical magnetoelectric coupling, combined with the eminent implication of its technological applications, prompted our investigation of spin and lattice excitations of a series of widely known, as well as entirely novel, multiferroic materials. The magnetoelectric excitations of the celebrated room temperature multiferroic BiFeO3 were investigated. Among the previously reported, two new infrared active spin excitations were discovered. Polar phonons in BiFeO3 ceramics, as well as in a thin film epitaxially grown on TbScO3 substrate, were investigated in a broad temperature range. The novel double perovskite Pb2MnTeO6 was prepared and described for the first time. Its crystal and magnetic structure classify it in the rare family of antipolar antiferromagnets. The spin-induced colossal magnetoelectric effect in Ni3TeO6 stimulated us to discover electromagnons in this material and to prepare and study Mn and Co doped samples. All Ni3-xBxTeO6 (B=Mn, Co) compounds present the non-centrosymmetric R3 space group symmetry, collinear antiferromagnetic spin structure, and spin-induced electric polarization below TN. . Mn-doping results in increase of the Néel temperature, whereas Co-doping in decrease of the magnetic field value of the spin-flop transition, at which the...

Vědecký význam dynamické magnetoelektrické vazby kombinovaný s jejími pozoruhodnými potenciálními technologickými aplikacemi podnítil naše studium spinových a mřížkových excitací v řadě dobře známých i kompletně nových multiferoických materiálech. Byly studovány magnetoelektrické excitace ve slavném pokojovém multiferoiku BiFeO3. Kromě jiných se nalezly dvě nové infračerveně aktivní spinové excitace. Polární fonony byly studovány v širokém teplotním oboru jak v BiFeO3 keramikách, tak vůbec poprvé i v tenké epitaxní vrstvě narostlé na substrátu TbScO3. Poprvé byl připraven a popsán dvojitý perovskit Pb2MnTeO6, který byl zařazen do vzácné rodiny antipolárních antiferomagnetů. Kolosální spinově-indukovaný magnetoelektrický jev v Ni3TeO6 nás stimuloval k objevu elektromagnonů v tomto materiálu i k přípravě a studiu nových materiálů, kde Ni je částečně nahrazen pomocí Mn a Co. Všechny Ni3-xBxTeO6 (B=Mn, Co) vzorky vykazují necentrosymetrickou R3 prostorovou grupu, kolineární antiferomagnetickou strukturu a spinově-indukovanou elektrickou polarizaci pod TN. Dopování pomocí Mn zvyšuje Néelovu teplotu, zatímco Co dopování snižuje kritické magnetické pole pro spin-flop přechod, při kterém se zvyšuje magnetoelektrická vazba. Spinové excitace byly objevené ve všech sloučeninách. Kromě magnonů, Ni3TeO6 a...