Magnetoelectric spectroscopy of spin excitations in LiCoPO4
Vilmos Kocsis, Sándor Bordács, Yusuke Tokunaga, Johan Viirok, Laur Peedu, Toomas Rõõm, Urmas Nagel, Yasujiro Taguchi, Yoshinori Tokura, István Kézsmárki
备注：
Editors' suggestion, Final version, 15 pages with Supplementary, 6 + 3 figures
We have studied spin excitations in a single-domain crystal of antiferromagnetic LiCoPO4 by THz absorption spectroscopy. By analyzing the selection rules and comparing the strengths of the absorption peaks in the different antiferromagnetic domains, we found electromagnons and magnetoelectric spin resonances besides conventional magnetic-dipole active spin-wave excitations. Using the sum rule for the magnetoelectric susceptibility we determined the contribution of the spin excitations to all the different off-diagonal elements of the static magnetoelectric susceptibility tensor in zero as well as in finite magnetic fields. We conclude that the magnetoelectric spin resonances are responsible for the static magnetoelectric response of the bulk when the magnetic field is along the x-axis, and the symmetric part of the magnetoelectric tensor with zero diagonal elements dominates over the antisymmetric components.
Theory of magnetoelectric resonance in two-dimensional $S=3/2$ antiferromagnet ${\rm Ba_2CoGe_2O_7}$ via spin-dependent metal-ligand hybridization mechanism
Microwave directional dichroism resonant with spin excitations in the polar ferromagnet GaV$_4$S$_8$
本文研究了极性铁磁体Ga V $_4$ S $_8$的磁共振谱的方向二向色性。虽然四种类型的结构域在零场下能量退化，但由于单轴磁各向异性，通过施加磁场，每个域的磁共振被很好地分离。因此，在没有畴抵消的情况下，清楚地观察到高达20%的定向二向色性。因此，目前的观察表明，不仅磁电单畴晶体，而且磁电多畴样品可以用于实现微波（光）二极管由于缺乏反转域。
Critical speeding-up near the monopole liquid-gas transition in magnetoelectric spin-ice
在所谓的自旋冰化合物中，相互竞争的相互作用稳定了一个具有有限零点熵的受抑基态，有趣的是，还出现了磁共振激发。这些单极子的性质是最近研究的焦点，特别强调它们的量子动力学。据预测，每个电介质也具有电偶极矩，这允许通过介电函数ε（ν）来研究它们的动力学。在这里，我们报告的宽带光谱测量的ε（ν）在Dy 2 Ti 2 O 7下降到200 mK的温度与特定的重点上的关键端点存在的磁场沿晶体[111]方向。当磁单极子的密度以临界方式变化时，类似于在液-气转变中，在介电响应中揭示出明确的临界特征。令人惊讶的是，介电弛豫时间τ表现出临界加速，随着温度向临界温度降低，介电弛豫时间τ显著增加1/τ。除了展示了紧急的双激发的磁电特性，我们的结果揭示了独特的临界动力学附近的双凝聚转变。
Terahertz frequency magnetoelectric effect in Ni doped CaBaCo$_4$O$_7$
研究了亚铁磁热释电CaBaCo $_4$ O $_7$及其Ni掺杂变体的太赫兹磁电效应.这些材料的太赫兹吸收光谱由自旋激发和低频红外活性声子组成。我们研究了在高达17 T的磁场中磁场诱导的太赫兹折射率和吸收的变化。我们发现，磁场调制近1.2和1.6太赫兹的红外活性光学声子的强度。我们使用洛伦兹模型的介电函数来分析测量的磁场依赖性的折射率和吸收。我们建议，大部分的磁电效应是由1.6太赫兹附近的光学声子和更高的频率共振。我们的实验结果可以用来构建和验证更详细的理论描述的磁电在CaBaCo $_{4-x}$ Ni $_x$ O $_7$。
Terahertz spectroscopy of electromagnons in Eu_{1-x}Y_xMnO_3
钇掺杂EuMnO $_3$的介电常数谱，在0 =< x =< 0.5 have been investigated in the terahertz frequency range. Magnetoelectric contributions to the permittivity were observed in all compositions for ac electric fields parallel to the crystallographic a-axis. Well defined electromagnons exist for x >= 0.2接近ν~ 20 cm^{-1}的组成范围内，并且随着掺杂，介电强度强烈增加。除了电磁振子，广泛的贡献磁电起源观察到的所有组合物。对于Eu_{0.8} Y_{0.2} MnO_3，由于外加磁场的作用，产生了一个倾斜的反铁磁相，从而抑制了电磁振子。在不同的掺杂制度的磁电效应进行了详细讨论。
Experimental observation of magnetoelectricity in spin ice Dy$_2$Ti$_2$O$_7$
稀土烧绿石中的非共线自旋模式是一种有趣的物理现象，它具有许多新的性质，如自旋冰和自旋激发。最近，自旋冰系统的磁激发被预测为磁电激活，而很少的实验工作直接证实了这一情况。本文通过铁电性、自旋动力学和介电行为对Dy $_2$ Ti $_2$ O $_7$的磁电性进行了系统的实验研究。在$T_{c1}$ =25 K和$T_{c2}$ =13 K处观察到两个铁电跃迁。在较低的转变温度以下，确定了显着的磁电耦合，与施加磁场后的电极化的强度的显着抑制。令人惊讶的是，较低的铁电转变温度正好与伊辛自旋顺磁转变点相吻合，低于该点，准粒子状单极子被填充，表明电偶极子和自旋矩之间的隐含相关性。虽然至今还没有一个像样的理论，但可能的磁电机制也进行了讨论。我们的研究结果将激发更多的调查，探索在这些自旋冰系统和其他挫折磁铁的多铁性。
Spin-lattice and magnetoelectric couplings enhanced by orbital degrees of freedom in polar magnets
通过引入轨道自由度来调节自旋和晶格之间的相互作用，可以提高体系的强磁电效应，即实现磁序和铁电序之间的有效耦合。然而，由于轨道简并驱动的Jahn-Teller效应很少与极化耦合，因此仅在少数磁电材料中考虑了轨道涨落的影响。在这里，我们探讨了自旋-晶格耦合在多铁性Swedenborgites与混合价和Jahn-Teller活性过渡金属离子的堆叠三角形/Kagome晶格使用红外和介电光谱。一方面，在CaBa $M_4$ O $_7$（$M$ = Co，Fe）中，我们观察到强磁序引起的声子频率的移动和相应的介电响应的大的变化。值得注意的是，作为自旋-声子耦合的一种不寻常的表现，自旋涨落在磁相变处使声子寿命降低一个数量级。另一方面，晶格振动，介电响应，和电极化的强度没有表现出变化的Néel温度的CaBaFe $_2$ Co $_2$ O $_7$，这是建立在轨道单重态离子。我们的研究结果提供了一个展示的轨道自由度增强磁电耦合通过的例子Swedenborgites。
Magnetoelectric Effect driven by Magnetic Domain Modification in LuFe2O4
利用交流阻抗谱研究了LuFe 2 O 4单晶的磁电容效应。在磁场作用下，本征阻抗响应可与界面响应分离，并在TFerri ~ 240 K以下显示出明显的磁滞回线。磁场作用下的中子衍射实验证实了介电性质的起源与纳米尺度的铁磁畴边界运动有关。这些结果表明，微观畴结构的修改是负责在LuFe 2 O 4的磁电效应。
Magnetoelectric Cavity Magnonics in Skyrmion Crystals
本文提出了非中心对称磁体腔中磁电磁振子-光子耦合的理论。类似于多铁性中的非互易现象，磁电耦合是时间反演和反转非对称的。这种不对称性为磁振子-光子耦合的特殊可调谐性提供了一种手段，这种耦合可以通过反转磁化方向来打开和关闭。以具有超低磁阻尼的多铁Skyrmion-host Cu $_2$ OSeO $_3$为例，揭示了Skyrmion本征模的电活动性，并提出将其用于“磁暗”椭圆模的磁振子-光子分裂.此外，我们预测了腔诱导的磁振子-磁振子耦合之间的磁电活性skyrmion激发。我们讨论了在量子信息处理中的应用，提出了全电磁振子介导的光子量子门和光子介导的磁振子SPLIT操作的协议。我们的研究突出了磁电腔磁振子作为一个新的平台，实现量子混合系统和拓扑磁纹理中的光子和磁振子之间的相干转导。
Symmetry Analysis of Magnetoelectric Effects in Honeycomb Antiferromagnet Co4Nb2O9
在三角P-3c 1空间群Co离子对称性分析的基础上，研究了蜂窝反铁磁体Co 4 Nb 2 O 9的磁电效应。对于每个Co离子，可能的自旋依赖性分类的C3点群对称性。这解释了观察到的主要效应，即相对于在ab平面中施加的外部磁场的旋转，电极化的强度以两倍的速度在相反方向上旋转。反型中心和二重轴限制了电极化的强度对自旋的主动依赖性，这很好地解释了实验观察到的结果。预期的四极激发和各种类型的二向色性的光学性质进行了讨论。
Imaging antiferromagnetic domains in LiCoPO$_4$ via the optical magnetoelectric effect
Budapest University of Technology and Economics（布达佩斯技术与经济大学）；RIKEN Center for Emergent Matter Science (CEMS)（理化学研究所新兴物质科学中心）；Leibniz IFW Dresden（莱布尼茨德累斯顿固体研究所）；University of Tokyo（东京大学）；Tokyo College, University of Tokyo（东京大学东京学院）；HUN-REN–BME Condensed Matter Physics Research Group, Budapest University of Technology and Economics（匈牙利研究与教育网络-布达佩斯技术与经济大学凝聚态物理研究组）；University of Augsburg（奥格斯堡大学）
Electromagnon excitations in modulated multiferroics
螺旋磁体铁电性的唯象理论[M. Mostovich，Phys. Rev. Lett. 96，067601（2006）]被概括为描述具有均匀铁电极化和空间调制铁电极化的一致状态。本说明书中的关键点是磁电耦合的对称部分，因为尽管与均匀分量无关，但它对极化的非均匀部分起着重要作用。我们在调制磁系统的一般例子中说明了这一重要性：纵向和横向自旋密度波状态和平面摆线相位。我们发现，即使在没有均匀铁电性的情况下，极化关联函数遵循系统的软磁行为，由于磁电效应。我们的结果可以很容易地推广到更复杂类型的磁有序，并且应用可能涉及凝聚态物理中的各种自然和人工系统（例如，可以从动态介电响应测量中提取磁振子特性）。
Observation of the universal magnetoelectric effect in a 3D topological insulator
拓扑绝缘体（TI）的电动力学由修改的麦克斯韦方程描述，其包含将电场耦合到介质的磁化和将磁场耦合到介质的极化的附加项，使得耦合系数被量化为每个表面$e^2 / 2 h c $的奇数倍。在这里，我们报告观察到的这种所谓的拓扑磁电（TME）效应。我们使用单色太赫兹（THz）光谱的TI结构配备了半透明的门选择性地解决表面状态。在强外磁场中，当一定频率的线偏振太赫兹辐射通过应变碲化汞三维薄膜的两个表面时，我们观察到一个与精细结构常数$α= e^2 / \hbar c$相等的普遍法拉第旋转角.这些实验提供了对TI的轴子电动力学的深入了解，并可能用于三个基本物理常数的精确定义。
Resolving continua of fractional excitations by spinon echo in THz 2D coherent spectroscopy
我们表明，太赫兹2D相干光谱的新技术是能够提供定性的新信息的分数自旋系统。对于横场伊辛链的原型例子，我们从理论上证明，尽管在线性响应的激发宽连续，2D光谱包含尖锐的功能，是一个“自旋回波”，这给出了以前无法访问的信息，如两个自旋激发态的寿命的相干签名。在线性光学或中子响应中几乎无法区分的无序和有限寿命的影响，在2D光谱中以截然不同的方式表现出来。我们的结果可以直接应用于模拟准一维横向场伊辛链系统，如CoNb $_2$ O $_6$，但概念可以应用于一般的分数自旋系统。
