铜酸盐CuB₂O₄中Frenkel激子的Zeeman和Davydov分裂
摘要：铜硼酸盐CuB2O4反铁磁材料的光谱特征由于磁性Cu2+离子内的电子跃迁而表现出丰富多样的窄吸收线结构，但对其的明确鉴定和在磁场中的行为还远未完全理解。我们在$1.4055-1.4065$ eV的范围内研究了这种四方反铁磁体在高光谱分辨率下，磁场高达9.5 T，温度从1.6 K到$T_N=20$ K的偏振磁吸收光谱。我们观察到在超过1.4 T的磁场下，$T=1.6$ K时出现了一组八条吸收线，我们确认其来源于与Cu2+离子的基态和第一激发态有关的Frenkel激子。这些激子的数量由晶胞中4个具有双重简并自旋态$S=1/2$的Cu2+离子在4b位置的存在确定。这些激子的能量由激发态Cu2+离子与周围离子之间的0.5 meV的交换相互作用和0.12 meV的Davydov分裂确定。在较大的磁场下，观察到的塞曼分裂受到基态和激发态的各向异性g因子的控制。我们发展了一个考虑CuB2O4中自旋结构和交换相互作用的磁场中Frenkel激子的理论模型。该模型用于拟合实验数据和评估Frenkel激子参数，如Davydov分裂、分子交换能和Cu2+离子的基态和激发态的g因子。
作者：N. E. Kopteva, D. Kudlacik, D. R. Yakovlev, M. V. Eremin, A. R. Nurmukhametov, M. Bayer, R. V. Pisarev
论文ID：2111.02271
分类：Other Condensed Matter
分类简称：cond-mat.other
提交时间：2022-02-09