Evolution of low-energy magnetic excitations pair spectrum in SmMnO3+δ

Анотація

Представлено ідентифікацію низькоенергетичних теплових збуджень у SmMnO_3+δ для вироджених станів спінової та над-провідної квантової рідин у магнітних полях H ≤ 3,5 кЕ. В інтервалі температур 4,2–12 К виявлено квантування Ландау низькоенергетичного парного спектра магнітних збуджень Z₂ квантової спінової рідини у спін-калібрувальному полі системи. Формування широкого континууму збуджень спінонних пар у режимі “слабкого магнітного поля” (H = 100 Е, 1 кЕ, FC режим) пояснюється у рамках моделей квантування Ландау стисливого спінонного газу з дробовими значеннями коефіцієнта заповнення ν трьох смуг, які перекриваються. В режимі «сильного магнітного поля» (H = 3,5 к E) спостерігалися квантові коливання температурної залежності «супернамагніченості» нестислової спінонної рідини. Вони мають вигляд трьох вузьких ступенів (плато), що відповідають повному заповненню смуг Ландау, які не перекриваються, з цілими значеннями коефіцієнта заповнення спінонами. Ці результати свідчать про існування флуктуацій вихрового каліброваного поля з високою густиною в магнітних полях H ≥ 100 Е. Сильне зростання вихрових флуктуацій можна пояснити фазовим переходом другого роду в SmMnO_3+δ у вигляді конденсації вихорів. Зростання напруженості зовнішнього dc магнітного поля в зразках SmMnO_3+δ в інтервалі полів 0 < H ≤ 3,5 кЕ призводить до безперервного зменшення гігантського стрибка намагніченості поблизу температури T_KT ≅ 12 К топологічного фазового переходу Костерліца–Таулесса двовимірних пар вихор–антивихор в локальному надпровідному стані. Зменшення стрибка намагніченості поблизу температури T_KT зі зростанням H пояснюється поляризацією пар вихор–антивихор при температурах нижче T_KT зовнішнім dc магнітним полем, яке послаблює вихрову взаємодію в парах і призводить до їх дисоціації.