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# Física# Ciência dos materiais

Investigando o acoplamento spin-fonon em Y CoMnO dopado com Gd

Estudo explora o acoplamento spin-fonon em um material de perovskita dupla único.

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Análise de AcoplamentoAnálise de AcoplamentoSpin-FononCoMnO dopado com Gd.Insights sobre as propriedades do Y
Índice

Acoplamento spin-fonon (SPC) é uma interação importante que rola em vários materiais e pode mexer nas propriedades deles. Essa interação fica especialmente interessante em materiais com várias fases magnéticas. O nosso estudo foca num material específico conhecido como Y CoMnO dopado com Gd, que é um tipo de óxido de perovskita dupla. Usamos técnicas avançadas como Espectroscopia Raman e simulações computacionais pra entender como o acoplamento spin-fonon aparece nesse material e como a desordem anti-sítio influencia nisso.

Características do Y CoMnO dopado com Gd

O Y CoMnO dopado com Gd (YGCMO) tem uma estrutura única que gera interações ferromagnéticas e antiferromagnéticas devido à presença de diferentes tipos de íons. Essa complexidade torna a investigação do acoplamento spin-fonon bem interessante. Nossa análise mostra que a temperatura afeta as frequências dos fonons nesse material, indicando que o acoplamento spin-fonon pode surgir por causa das interações magnéticas mistas que estão presentes.

Entendendo as Perovskitas Duplas

As perovskitas duplas são uma classe de materiais conhecidos por suas propriedades eletrônicas e magnéticas interessantes. Esses materiais costumam mostrar várias funcionalidades como magnetocapacitância e magnetoresistência, que têm aplicações em dispositivos como armazenamento de memória e sensores.

Nas perovskitas duplas como o Y CoMnO, a disposição dos íons contribui bastante para as propriedades deles. A presença de elementos de terras raras e metais de transição nesses materiais pode criar uma interação complexa entre suas características eletrônicas e magnéticas.

Desordem Anti-Sítio no YGCMO

No YGCMO, conseguimos ver desordem anti-sítio, onde certos íons ocupam posições que normalmente são associadas a outros íons. Essa desordem pode causar uma mistura de interações magnéticas, o que complica o comportamento do material. Por exemplo, a presença de interações ferromagnéticas e antiferromagnéticas pode resultar em efeitos intrigantes como frustração, onde interações concorrentes impedem o material de se estabilizar em um único estado magnético.

Espectroscopia Raman e Seu Papel

A espectroscopia Raman é uma técnica poderosa usada pra analisar fonons, que são vibrações dos átomos em um material. No nosso estudo do YGCMO, usamos esse método pra medir como as frequências dos fonons mudam com a temperatura. Os espectros Raman que coletamos trazem insights sobre as propriedades estruturais e magnéticas do material.

Configuração Experimental

As amostras de YGCMO foram preparadas usando um método químico chamado síntese sol-gel, que é conhecido por produzir materiais de alta qualidade. Fizemos medições de espectroscopia Raman dependentes da temperatura de 4 K a 300 K pra entender o comportamento dos fonons nesse material.

Observações dos Espectros Raman

Os espectros Raman revelam vários picos que correspondem a diferentes tipos de vibrações dentro do material. Ao analisar esses picos, conseguimos perceber como a temperatura influencia as frequências dos fonons. Notavelmente, encontramos que certos modos de fonons mostraram um comportamento indicativo de acoplamento spin-fonon, especialmente em relação à Ordenação Magnética.

Análise Dependente da Temperatura

Nossos resultados mostram que, conforme a temperatura muda, a frequência de certos modos de fonons também muda, sugerindo um acoplamento entre spins e vibrações da rede. Por exemplo, um dos modos chave de Raman demonstrou uma clara divergência do comportamento esperado em temperaturas específicas, que pode estar ligada às mudanças na ordenação magnética dentro do material.

Explorando o Impacto da Ordenação Magnética

Diferentes ordenações magnéticas-seja ferromagnética ou antiferromagnética-podem influenciar bastante o comportamento dos fonons no YGCMO. Nossa análise dependente da temperatura sugere que o acoplamento spin-fonon fica mais pronunciado com as transições magnéticas, destacando as interações complexas em jogo.

Influência da Desordem Anti-Sítio

A presença de desordem anti-sítio é crucial pra determinar como o acoplamento spin-fonon se comporta no YGCMO. Nossos resultados indicam que essa desordem aumenta a força do acoplamento spin-fonon, levando a alterações nas frequências e tempos de vida dos fonons. Essa descoberta sugere uma relação profunda entre a disposição dos íons, suas interações magnéticas e a dinâmica dos fonons resultantes.

Métodos Computacionais

Pra complementar nossas descobertas experimentais, usamos cálculos de primeiros princípios baseados na teoria do funcional da densidade (DFT). Essa abordagem computacional nos permitiu modelar os efeitos de estruturas ordenadas e desordenadas no acoplamento spin-fonon.

Insights das Simulações

Nossas simulações computacionais revelaram detalhes importantes sobre a estrutura cristalina e ordem magnética no YGCMO. Analisando diferentes configurações magnéticas, conseguimos ver como as mudanças na desordem impactam o comportamento dos fonons. As simulações confirmaram nossas observações experimentais sobre a natureza isolante do material e suas dinâmicas de fonons.

Conclusão

A investigação do acoplamento spin-fonon no Y CoMnO dopado com Gd ilumina as relações intricadas entre interações magnéticas e comportamento dos fonons. Combinando técnicas experimentais com modelagem computacional, conseguimos entender melhor como esses materiais funcionam e suas potenciais aplicações em tecnologias avançadas, especialmente em spintrônica.

Aplicações em Spintrônica

Dadas suas propriedades únicas, materiais como YGCMO com forte acoplamento spin-fonon têm potencial pra serem usados em spintrônica, um campo que combina propriedades eletrônicas e magnéticas pra melhorar o desempenho dos dispositivos. A capacidade de manipular spins e fonons pode levar ao desenvolvimento de dispositivos eletrônicos mais rápidos e eficientes.

Direções Futuras

Mais estudos são necessários pra explorar os efeitos de diferentes níveis de desordem e composições de cátions em materiais de perovskita dupla. Além disso, entender como a temperatura afeta o acoplamento spin-fonon em uma variedade de materiais pode fornecer insights pra projetar compostos novos com propriedades personalizadas.

Considerações Finais

O campo da spintrônica tá evoluindo rápido, e a exploração de materiais como Y CoMnO dopado com Gd é crucial pra avançar nosso conhecimento e aplicação desses materiais em tecnologias futuras. Continuando a estudar a interação entre a dinâmica de spins e da rede, podemos desbloquear novas funcionalidades que poderiam revolucionar a maneira como abordamos dispositivos eletrônicos.

Fonte original

Título: Emergence of spin-phonon coupling in Gd-doped Y$_2$CoMnO$_6$ double perovskite oxide: a combined experimental and ab-initio study

Resumo: One of the fundamental interactions that is found in many functional materials is the spin-phonon coupling (SPC), which is at the heart of many novel functionalities. The simultaneous presence of multi-magnetic phases makes SPC even more intriguing. We have used Raman spectroscopy as well as first-principles methods to investigate the possibility of the appearance of SPC in Gd-doped Y$_2$CoMnO$_6$ (YGCMO) double perovskite oxide and the influence of anti-site disorder on the same. YGCMO is found to exhibit anti-site disorder leading to both ferromagnetic (between Co and Mn) and anti-ferromagnetic interactions (Co-Co, Mn-Mn, Gd-Co/Mn). An analysis of the temperature-dependent phonon frequency for the stretching modes of YGCMO, obtained using RAMAN spectroscopy, indicates that SPC is possibly emerging from simultaneous presence of ferromagnetic and antiferromagnetic interactions. The nature of the phonon linewidth and the insulating state of the material eliminate the role of magnetostriction on the observed anomaly. The spin-phonon coupling strength comes out to be 0.29 cm$^{-1}$. Our experimental findings are corroborated by first-principles DFT calculations which indicate the presence of SPC in ordered YGCMO getting enhanced in the presence of anti-site disorder. This indicates a strong influence of B-site (Co/Mn) ordering on SPC in the bulk double perovskite systems. An analysis of the cause behind the enhanced SPC in the presence of anti-site disorder is also presented.

Autores: Anasua Khan, Debdatta Banerjee, Divya Rawat, T. K Nath, Ajay Soni, Swastika Chatterjee, A. Taraphder

Última atualização: 2024-07-25 00:00:00

Idioma: English

Fonte URL: https://arxiv.org/abs/2407.02407

Fonte PDF: https://arxiv.org/pdf/2407.02407

Licença: https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/

Alterações: Este resumo foi elaborado com a assistência da AI e pode conter imprecisões. Para obter informações exactas, consulte os documentos originais ligados aqui.

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