Исследования спиновой динамики в мультиферроиках-ферроборатах (Nd,Tb)Fe3(BO3)4 методом неупругого рассеяния нейтронов

Спектры неупругого рассеяния нейтронов, измеренные на спектрометрах ThALES и IN12 (ИЛЛ) в ферроборатах: NdFe₃(BO₃)₄, Nd_1-xTb_xFe₃(BO₃)₄ и TbFe₃(BO₃)₄, показывают сложную картину магнитных возбуждений до энергий ~ 6 мэВ. При переходе от магнитной структуры "легкая плоскость" (NdFe₃(BO₃)₄) к магнитной структуре "легкая ось" (TbFe₃(BO₃)₄) наблюдается сложная эволюция спин-волновой динамики. Приложение магнитного поля перпендикулярного спинам, в состоянии "легкая ось", приводит к возникновению "сломанной" спиновой структуры и соответствующему расщеплению вырожденных низкоэнергетических ветвей подсистем Fe и Nd.

В рамках стандартного подхода спин-волновой теории, реализованного программой SpinW, установлена иерархия различных обменных взаимодействий и получены их величины. Установлено, что низколежащие ветви в магнитных подсистемах Fe и Nd, как в чистом Nd, так и в соединениях, легированном Tb, определяются близкими значениями обменных параметров Fe-Fe и Nd-Fe. Величина обменных интегралов медленно спадает с увеличением межатомных расстояний, однако остается конечной на больших расстояниях, вплоть до 7 Å.

Обсуждаются некоторые особенности спин-волновых спектров, в частности, асимметрия профиля магнона и резонансное возбуждение пересекающихся веток.