J 2025

Magnetic polarons due to spin-length fluctuations in 𝑑4 spin-orbit Mott systems

REVENDA, Jan; Krzysztof WOHLFELD a Jiří CHALOUPKA

Základní údaje

Originální název

Magnetic polarons due to spin-length fluctuations in 𝑑4 spin-orbit Mott systems

Autoři

REVENDA, Jan; Krzysztof WOHLFELD a Jiří CHALOUPKA

Vydání

Physical Review B, American Physical Society, 2025, 2469-9950

Další údaje

Jazyk

angličtina

Typ výsledku

Článek v odborném periodiku

Obor

10302 Condensed matter physics

Stát vydavatele

Spojené státy

Utajení

není předmětem státního či obchodního tajemství

Odkazy

Impakt faktor

Impact factor: 3.700 v roce 2024

Organizační jednotka

Přírodovědecká fakulta

UT WoS

001495020000003

EID Scopus

2-s2.0-105005405107

Klíčová slova anglicky

Exchange interaction; Polarons; Quantum phase transitions; Spin dynamics; Mott insulators; Diagrammatic methods; Linear spin wave theory

Štítky

Příznaky

Mezinárodní význam, Recenzováno
Změněno: 5. 6. 2025 13:46, Mgr. Marie Novosadová Šípková, DiS.

Anotace

V originále

Mott insulators based on 4⁢𝑑 and 5⁢𝑑 transition-metal ions, where spin-orbit interaction plays a key role, can exhibit various forms of unusual magnetism. A particular example is the antiferromagnet Ca2⁢RuO4 containing 𝑑4Ru4+ ions. Here the spin-orbit interaction stabilizes the nonmagnetic 𝐽=0 singlet ionic ground state, which gets dynamically mixed, via exchange interactions, with low-energy 𝐽=1 ionic excitations. Thanks to a sufficient strength of the exchange, these excitations condense and a long-range order emerges. The resulting ordered moments are soft and prone to fluctuations of their effective length. The corresponding amplitude mode appears as a prominent magnetic excitation and complements the conventional magnons involving rotations of the moments. Motivated by this peculiar kind of magnetic order and the specific spectrum of magnetic excitations, we study their influence on the propagation of doped carriers. To this end, we construct a microscopic model including both 𝑑4 and 𝑑5 degrees of freedom and address the propagation of an injected electron by employing self-consistent Born approximation. We find that the electron shows a combination of both free and a polaronic type of motion, where the mobile carrier strongly interacts with an accompanying cloud of magnetic excitations. Remarkably, in the latter case it is the exotic excitation, the amplitude mode, that is found to dominate over the contribution of magnons. Our soft-spin situation thus largely contrasts with spin polarons widely discussed in the context of doped Heisenberg-type magnets based on rigid spin moments.

Návaznosti

EH22_008/0004572, projekt VaV
Název: Kvantové materiály pro aplikace v udržitelných technologiích
GA22-28797S, projekt VaV
Název: Pohybliví nositelé náboje v exotických magnetech se spin-orbitálním propletením
Investor: Grantová agentura ČR, Pohybliví nositelé náboje v exotických magnetech se spin-orbitálním propletením
90254, velká výzkumná infrastruktura
Název: e-INFRA CZ II