Magnetic properties of hematite revealed by an ab initio parameterized spin model

Dannegger, Tobias ✉; Deak, Andras [Deák, András (Elméleti fizika), szerző] Elméleti Fizika Tanszék (BME / TTK / FI); Rozsa, Levente [Rózsa, Levente (fizika), szerző] Hosszútávú rend kondenzált rendszerekben kutató... (SZFI / ESZO); Galindez-Ruales, E.; Das, Shubhankar; Baek, Eunchong; Klaeui, Mathias; Szunyogh, Laszlo [Szunyogh, László (Szilárdtestfizika), szerző] Elméleti Fizika Tanszék (BME / TTK / FI); ELKH-BME Kondenzált Anyagok Fizikája Kutatócsoport (BME / TTK / FI / FT); Nowak, Ulrich

Angol nyelvű Szakcikk (Folyóiratcikk) Tudományos
  • SJR Scopus - Condensed Matter Physics: D1
Azonosítók
Támogatások:
  • (K142652) Támogató: NKFIH
  • (PD134579) Támogató: NKFIH
  • (TKP2021-NVA-02) Támogató: NKFIH
  • (863155) Támogató: NKFIH
  • (101070287) Támogató: Horizon 2020
  • (425217212) Támogató: Horizone Europe
  • (FK142601) Támogató: NKFIH
  • ((K131938) Támogató NKFIH)
Szakterületek:
  • Fizika
Hematite is a canted antiferromagnetic insulator, promising for applications in spintronics. Here we present ab initio calculations of the tensorial exchange interactions of hematite and use them to understand its magnetic properties by parametrizing a semiclassical Heisenberg spin model. Using atomistic spin dynamics simulations, we calculate the equilibrium properties and phase transitions of hematite, most notably the Morin transition. The computed isotropic and Dzyaloshinskii-Moriya interactions result in a Neel temperature and weak ferromagnetic canting angle that are in good agreement with experimental measurements. Our simulations show how dipoledipole interactions act in a delicate balance with first and higher-order on-site anisotropies to determine the material's magnetic phase. Comparison with spin-Hall magnetoresistance measurements on a hematite single crystal reveals deviations of the critical behavior at low temperatures. Based on a mean-field model, we argue that these differences result from the quantum nature of the fluctuations that drive the phase transitions.
Hivatkozás stílusok: IEEEACMAPAChicagoHarvardCSLMásolásNyomtatás
2025-04-11 03:08