Slow spin dynamics and quantum tunneling of magnetization in the dipolar antiferromagnet DyScO3

磁化 凝聚态物理 反铁磁性 伊辛模型 物理 偶极子 量子隧道 自旋(空气动力学) 磁场 量子力学 热力学
作者
N. D. Andriushin,С. Е. Никитин,G. Ehlers,A. Podlesnyak
出处
期刊:Physical review [American Physical Society]
卷期号:106 (10) 被引量:2
标识
DOI:10.1103/physrevb.106.104427
摘要

We present a comprehensive study of static and dynamic magnetic properties in the Ising-like dipolar antiferromagnet (AFM) DyScO$_3$\ by means of DC and AC magnetization measurements supported by classical Monte-Carlo calculations. Our AC-susceptibility data show that the magnetic dynamics exhibit a clear crossover from an Arrhenius-like regime to quantum tunneling of magnetization (QTM) at $T^* = 10$ K. Below $T_{\mathrm{N}} = 3.2$ K DyScO$_3$ orders in an antiferromagnetic $GxAy$-type magnetic structure and the magnetization dynamics slow down to the minute timescale. The low-temperature magnetization curves exhibit complex hysteretic behavior, which depends strongly on the magnetic field sweep rate. We demonstrate that the low-field anomalies on the magnetization curve are related to the metamagnetic transition, while the hysteresis at higher fields is induced by a strong magnetocaloric effect. Our theoretical calculations, which take into account dipolar interaction between Dy$^{3+}$ moments, reproduce essential features of the magnetic behavior of DyScO$_3$. We demonstrate that DyScO$_3$ represents a rare example of inorganic compound, which exhibits QTM at a single-ion level and magnetic order due to classical dipolar interaction.

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