Температурная зависимость спин-флоп перехода в топологическом антиферромагнетике MnBi$_2$Te$_4$

В. В. Вальков, А. О. Злотников, А. Гамов

Институт физики им. Л. В. Киренского СО РАН, ФИЦ КНЦ СО РАН, Красноярск, Россия

Аннотация: Экспериментальные исследования магнитных свойств топологического ван-дер-ваальсового антиферромагнитного диэлектрика MnBi$_2$Te$_4$ продемонстрировали не только аномальное поведение намагниченности до и после спин-флоп перехода, но и его сильную температурную зависимость. Для интерпретации этих эффектов представлена квантовая теория слоистого антиферромагнетика с треугольной решеткой тригональной симметрии. При использовании атомного представления для спиновых операторов и диаграммной техники для операторов Хаббарда получено дисперсионное уравнение, описывающее температурную зависимость спектра возбуждений. В приближении анизотропного самосогласованного поля выведено трансцендентное уравнение, устанавливающее взаимосвязь температуры Нееля с параметрами модели. Для режима слабой анизотропии получено его аналитическое решение. Описана температурная эволюция зависимости намагниченности от магнитного поля и построена фазовая диаграмма, показывающая области реализации различных конфигураций магнитных подрешеток MnBi$_2$Te$_4$. Отмечено, что квантовые эффекты, индуцируемые тригональной компонентой одноионной анизотропии, в существенной степени влияют на термодинамические свойства антиферромагнетиков.

Ключевые слова: одноионная анизотропия, спин 5/2, тригональная компонента кристаллического поля, квантовые эффекты, диаграммная техника для операторов Хаббарда, мацубаровские функции Грина, спин-флоп переход, намагниченность антиферромагнетика, поле насыщения, температура Нееля, MnBi$_2$Te$_4$.

Поступило в редакцию: 23.06.2025
После доработки: 16.07.2025

DOI: 10.4213/tmf11031

 Англоязычная версия: Theoretical and Mathematical Physics, 2025, 225:3, 2251–2267

Реферативные базы данных:

• 
•