S. V. Grigoriev, S. V. Metelev, S. V. Maleyev, A. I. Okorokov, P. Böni, R. Georgii, D. Lamago, H. Eckerlebe, and K. Pranzas

В работе исследованы критические двух и трех-частичные спиновые корреляции в ферромагнетике EuS методом малоуглового рассеяния поляризованных нейтронов. Задачей работы является изучение критической динамики магнитной подсистемы EuS, известного как слабый ферромагнетик с большой величиной спина (S = 5/2).

Известно, что большая величина спина приводит к изменению характера динамики магнитной системы от обменного, к дипольному. Предполагалось экспериментально проверить принципы критической факторизации (операторная алгебра Полякова-Каданова-Вильсона) для дипольного режима динамики. Эти принципы были экспериментально подтверждены в работах Окорокова, Рунова и Гукасова в начале 80-х годов для Fe с обменным характером динамики.
Для исследования был применён метод малоуглового рассеяния поляризованных нейтронов и использовалась специальная «наклонная» геометрия магнитного поля. Поляризационно-независимая (I_S(q) = I^­(q) + I^¯(q) и поляризационно зависимая (DI(q) = I^­(q) - I^¯(q)) составляющие критического магнитного рассеяния изучались в температурном диапазоне вблизи  точки Кюри T_C = 16.6 K. Символами I^­(q) и I^¯(q) обозначены интенсивности рассеяния нейтронов, соответствующие поляризации падающего пучка, направленной по (^­) или против (^¯) магнитного поля. Составляющая (I_S(q)) обусловлена парной спин-корреляционной функцией. Соответствующая ей интенсивность рассеяния хорошо описывается формулой Орнштейна-Цернике: I_S(q) = A (q² + k²)^-1, где k = R_C-1 обратная длина корреляции критических флуктуаций. Длина корреляции R_C подчиняется закону скейлинга R_C = a₀ (t)-n, где t=(T-T_C)/T_C – приведённая температура. Другую составляющую рассеяния (DI(q)) определяют трёхспиновые киральные динамические  флуктуации. Им отвечает асимметричная часть зависящей от поляризации составляющей DI(q).

Было установлено, что для образца EuS подгонка экспериментальных данных дала следующие параметры скейлинга для парной корреляционной функции:  a₀= 0.17 nm и n = 0.68 ± 0.01. Асимметричная часть рассеяния DI зависит от q как (1/q2) и линейно увеличивается с H. Величина DI(q) была усреднена в нескольких диапазонах q > (R_C)-1. Усреднённая величина <DI(q)> зависит от температуры как (t)n, n= 0.64±0.05. Критический индекс n, определенный из температурной зависимости длины корреляции R_C парной функции, и из измерений трехчастичной корреляционной функции, оказались в хорошем согласии друг с другом, демонстрируя самосогласованность теории и эксперимента.

Экспериментальные данные подтверждают принципы критической факторизации, известные как операторная алгебра Полякова-Каданова-Вильсона.

[1] S.V. Grigoriev, S.V. Metelev, S.V. Maleyev, A.I. Okorokov, R. Georgii, P. Böni, D. Lamago, H. Eckerlebe and K. Pranzas, Phys.Rev. B, v.72, (2005), 214423 - Critical two- and three-spin correlations in EuS: An investigation with polarized neutrons.