Спектры спиновых волн и пространственно-модулированные структуры в BiFeO₃

Abstract

Проведен теоретический анализ спектра спиновых волн в антиферромагнитном мультиферроике типа BiFeO₃. Показано, что наличие пространственно-модулированной циклоидальной антиферромагнитной структуры приводит к счетному количеству частотных ветвей двух типов колебаний при распростране нии спиновых волн вдоль циклоиды: голдстоуновскому и активационному. При этом в отсутствие маг нитного поля и анизотропии магнонный спектр характеризуется отсутствием частотных щелей в спектре. Выяснены особенности спектральных зависимостей спиновых колебаний при изменении анизотропии и приложении магнитного поля и найдены пределы существования антиферромагнитной циклоиды вплоть до перехода ее в конусообразную структуру. В поперечном направлении характер спиновых колебаний носит смешанный характер и указывает на изгибную устойчивость циклоиды во всей области ее существования.

Проведено теоретичний аналіз спектра спінових хвиль в антиферомагнітному мультифероїку типу BiFeO₃. Показано, що наявність просторово-модульованої циклоїдальної антиферомагнітної структури призводить до рахункової кількості частотних гілок двох типів коливань при поширенні спінових хвиль вздовж циклоїди: голдстоунівському й активаційному. При цьому у відсутності магнітного поля і анізотропії магнонний спектр характеризується відсутністю частотних щілин у спектрі. З'ясовано особливості спектральних залежностей спінових коливань при зміні анізотропії і додатку магнітного поля та знайдено границі існування антиферомагнітної циклоїди до самого переходу її в конусоподібну структуру. У поперечному напрямку характер спінових коливань носить змішаний характер і вказує на згинальну стійкість циклоїди у всій області її існування.

The spin wave spectrum in antiferromagnetic BiFeO₃-type multiferroics is analyzed theoretically. It is shown that the presence of a space-modulated cycloidal structure leads to a countable number of branches of two types of frequency oscillations (Goldstone and activation modes) in the propagation of spin waves along the cycloid. In the absence of magnetic field and anisotropy the magnon spectrum is characterized by the lack of frequency gaps in the spectrum. The peculiarities of spectral dependences of spin oscil lations on anisotropy and magnetic field are revealed and the limits of existence of the antiferromagnetic cycloid up to its transformation into a conical structure are determined. In the transverse direction the behavior of spin oscillations are of a mixed character, sug gesting that the cycloid has bending stability in the whole area of its existence.