Magnetoelastic coupling and spin contributions to entropy and thermal transport in biferroic yttrium orthochromite *

凝聚态物理 声子 马格农 非弹性中子散射 联轴节(管道) 物理 相变 钇铁石榴石 Atom(片上系统) 中子散射 材料科学 铁磁性 散射 量子力学 嵌入式系统 冶金 计算机科学
作者
Naini Bajaj,Aditya Prasad Roy,Ashish Khandelwal,M. K. Chattopadhyay,Vasant Sathe,S. K. Mishra,R. Mittal,P. D. Babu,Manh Duc Le,J. L. Niedziela,Dipanshu Bansal
出处
期刊:Journal of Physics: Condensed Matter [IOP Publishing]
卷期号:33 (12): 125702-125702 被引量:4
标识
DOI:10.1088/1361-648x/abd781
摘要

Direct engineering of material properties through exploitation of spin, phonon, and charge-coupled degrees of freedom is an active area of development in materials science. However, the relative contribution of the competing orders to controlling the desired behavior is challenging to decipher. In particular, the independent role of phonons, magnons, and electrons, quasiparticle coupling, and relative contributions to the phase transition free energy largely remain unexplored, especially for magnetic phase transitions. Here, we study the lattice and magnetic dynamics of biferroic yttrium orthochromite using Raman, infrared, and inelastic neutron spectroscopy techniques, supporting our experimental results with first-principles lattice dynamics and spin-wave simulations across the antiferromagnetic transition atTN∼ 138 K. Spectroscopy data and simulations together with the heat capacity (Cp) measurements, allow us to quantify individual entropic contributions from phonons (0.01 ± 0.01kBatom-1), dilational (0.03 ± 0.01kBatom-1), and magnons (0.11 ± 0.01kBatom-1) acrossTN. High-resolution phonon measurements conducted in a magnetic field show that anomalousT-dependence of phonon energies acrossTNoriginates from magnetoelastic coupling. Phonon scattering is primarily governed by the phonon-phonon coupling, with little contribution from magnon-phonon coupling, short-range spin correlations, or magnetostriction effects; a conclusion further supported by our thermal conductivity measurements conducted up to 14 T, and phenomenological modeling.

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