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Title in Portuguese: Spin-phonon coupling in multiferroic compounds obtained by high-pressure/high-temperature synthesis
Author: Araújo, Bruno Sousa
Advisor(s): Ayala, Alejandro Pedro
Keywords: Síntese sob altas-pressões e altas-temperaturas
Compostos multiferróicos
Acoplamento spin-fônon
Issue Date: 2019
Citation: ARAÚJO, B. S. Spin-phonon coupling in multiferroic compounds obtained by high-pressure/high-temperature synthesis. 2019. 101 f. Tese (Doutorado em Física) - Centro de Ciências, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2019.
Abstract in Portuguese: Os métodos de reação de estado sólido convencional e sob altas pressões e altas temperaturas foram aplicados para sintetização de materiais com propriedades multiferróicas interessantes. A melanotalita Cu2OCl2 foi sintetizada através da reação de estado sólido convencional em atmosfera de ar. Nós provamos o acoplamento spin-fônon no Cu2OCl2 por espectroscopia Raman, mostrando que sua estrutura magnética incomensurada induz um acoplamento spin-fônon em acordo com a teoria do campo médio e é similar aqueles observado em diversos modos de stretching de compostos perovskitas. No caso da perovskita ortorrômbica TmMnO3, as amostras foram obtidas através do tratamento de Altas-Pressões e Altas-Temperaturas na fase hexagonal do TmMnO3. O espectro Raman do TmMnO3 ortorrômbico dependente da temperatura é reportado mostrando o acoplamento spin-fônon em baixas temperaturas. Também verificamos que o ordenamento incomensurado induz este acoplamento spin-fônon em acordo com a teoria do campo médio e contrastando as suposições na literatura. Além do mais, mostramos que o acoplamento se torna nulo na fase antiferromagnética ordenada do tipo E. A perovskita PbMn7O12 também foi sintetizada através da técnica de altas-pressões e altas-temperaturas, apresentando três transições magnéticas em 83, 72 e 38 K. Análises inicias dos espectros Raman dependentes da temperatura revelaram efeitos de renormalização nas frequências dos fônons abaixo de 80 K provavelmente devido ao acoplamento spin-fônon. O comportamento dependente da pressão da estrutura da perovskita PbMn7O12 também revelou possíveis transições de fase em 8.5 e 19.3 GPa. Finalmente, a perovskita BiCrO3 preparada por altas-pressões e altas-temperaturas apresentou propriedades interessantes com três anomalias no ordenamento magnético encontradas em torno de 40, 80 e 110K. Neste estudo reportamos um forte acoplamento spin-fônon observado por meio de espectroscopia Raman, mostrando que o ordenamento antiferromagnético do tipo G induz o acoplamento em acordo com a teoria de campo médio similarmente aqueles observados em outros compostos de perovskitas. Em adição ao acoplamento spin-fônon, foi mostrado que todos os fônons acoplados também são sensíveis à reorientação de spins em 80 K e à anomalia magnética em torno de 40 K.
Abstract: The conventional solid-state reaction and under High-Pressure and High-Temperature methods were applied to synthesis of materials with interesting multiferroic properties. The melanothallite Cu2OCl2 was synthesized through conventional solid-state reaction in air atmosphere. We probed the spin-phonon coupling in Cu2OCl2 by Raman spectroscopy, showing that its incommensurate magnetic structure induces a spin-phonon coupling in accord with the mean field theory and it is similar to those observed in several stretching modes of perovskite compounds. In case of, the orthorhombic TmMnO3 perovskite, the samples were obtained through High-Pressure and High-Temperature treatment of the hexagonal phase of TmMnO3. The temperature-dependent Raman spectrum of orthorhombic TmMnO3 is reported showing the spin-phonon coupling at low temperatures. We also verified that the incommensurate antiferromagnetic ordering induces this spin-phonon coupling in according to the mean field theory and contrasting the assumptions in literature. In addition, we show that the coupling becomes null at the E-type antiferromagnetically ordered phase. The perovskite PbMn7O12 also was synthesized through high-pressure and high-temperatures technique presenting three magnetic transitions at 83, 72 and 38 K. Initial temperature dependent Raman spectrum analysis revealed renormalization effects on phonons frequency below 80 K, probably related to spin-phonon coupling. The pressure dependent behavior of PbMn7O12 perovskite also revealed possible phase transitions at 8.5 and 19.03 GPa. Finally, the High-Pressure and High-Temperature prepared monoclinic BiCrO3 perovskite present interesting properties with three anomalies of magnetic ordering founded around 40, 80 and 110 K. In this study, we report a strong spin-phonon coupling observed by Raman spectroscopy, showing that the G-type antiferromagnetic ordering induces the coupling in accord with the mean field theory similar to those observed in the several stretching modes of other perovskite compounds. In addition to the spin-phonon coupling, it was showed that all coupled phonons are also sensitive to the spin reorientation at 80 K and the magnetic anomaly around 40 K.
URI: http://www.repositorio.ufc.br/handle/riufc/40319
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