Inelastic light scattering in low-dimensional spin systems

Choi, Kwang-Yong; Güntherodt, Gernot

doi:10.18154/RWTH-CONV-121171

Inelastic light scattering in low-dimensional spin systems

Choi, Kwang-Yong (Author)

2003 & 2004

Verantwortlichkeitsangabevorgelegt von Kwang-Yong Choi

ImpressumAachen : Publikationsserver der RWTH Aachen University 2003

Umfang150 S. : graph. Darst.

Aachen, Techn. Hochsch., Diss., 2003

Prüfungsjahr: 2003. - Publikationsjahr: 2004

Genehmigende Fakultät
Fak01

Hauptberichter/Gutachter
Güntherodt, Gernot (Thesis advisor)

Tag der mündlichen Prüfung/Habilitation
2003-10-13

Online
URN: urn:nbn:de:hbz:82-opus-7999
DOI: 10.18154/RWTH-CONV-121171
URL: https://publications.rwth-aachen.de/record/59382/files/59382.pdf

Einrichtungen

Fakultät für Mathematik, Informatik und Naturwissenschaften (100000)

Inhaltliche Beschreibung (Schlagwörter)
Quantenspinsystem (Genormte SW) ; Raman-Spektroskopie (Genormte SW) ; Lithiumcuprate (Genormte SW) ; Kupferchloride (Genormte SW) ; Borate (Genormte SW) ; Vanadate (Genormte SW) ; Physik (frei) ; Low-dimensional spin systems (frei)

Thematische Einordnung (Klassifikation)
DDC: 530

Kurzfassung
Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurden Raman-Spektroskopie-Untersuchungen an verschiedenen niedrigdimensionalen Quanten-Spin-Systemen durchgeführt. Hauptmotivation für diese Untersuchungen ist dabei die Suche nach ganz neuen Elementaranregungen, die in niedrigdimensionalen Spinsystemen mit exotischer Spintopologie auftreten. Die dabei untersuchten Systeme sind zum einen durch die Ausbildung von Spin-Dimeren gekennzeichnet, die wie in ACuCl3 (A=Tl,K), SrCu(BO3)2 oder LiCu2O2 durch spezielle Topologien hervorgerufen werden. Zum anderen wurden die Verbindungen K2V3O8 und Cu2Te2O5X2 (X=Br,Cl) erforscht, in denen ein langreichweitig geordneter Zustand auftritt, der durch starke Quantenfluktuationen charakterisiert ist. Für die Untersuchungen solcher Systeme eignet sich die Raman-Spektroskopie als experimentelle Methode in ganz besonderer Weise, da sie nicht nur Phononen, sondern zudem magnetische Anregungen durch den Austausch-Streumechanismus zu detektieren vermag. Insbesondere magnetische Ramanstreuung liefert wesentliche Informationen über die Austausch-Kopplungskonstante, die Spinlücke, und Triplett-Triplett Wechselwirkungen. Im Folgenden werden die wesentlichen Resultate zusammengefasst: (i) eine kohärente Koexistenz von langreichweitiger Ordnung und Dimerisation bei der frustrierten Spin-Kette LiCu2O2, (ii) Nachweis der Drei-Magnonen-Streuung bei dem dreidimensional gekoppelten Spin-Dimer-System ACuCl3 (A=Tl, K), (iii) die Beobachtung der ausgeprägten Zwei-Magnon-Streuung und elektronischen/orbitalen Anregungen im zweidimensionalen Heisenberg-Spinsystem K2V3O8, (iv) die Existenz einer weichen Zwischenebenenmode und Kopplung der Spins an weiche optische Phononen durch Austauschmodulation im Shastry-Sutherland-System SrCu(BO3)2, und (v) die Identifikation von longitudinale Magnonen im dreidimensional gekoppelten Spin-Tetraeder-System Cu2Te2O5X2 (X=Br,Cl).

In this work diverse results obtained from a number of low-dimensional quantum spin systems using Raman spectroscopy have been presented. The main motivation of this thesis is to hunt for new types of elementary excitations which may be present in low-dimensional spin systems with exotic spin topology. The studied systems can be on the one hand characterized by the formation of spin dimers which originate from a special spin topology like ACuCl3 (A=Tl, K), LiCu2O2, and SrCu(BO3)2. On the other hand, the system such as K2V3O8 and Cu2Te2O5X2 (X=Br,Cl) is dominated by quantum fluctuations due to reduced dimensionalilty. A powerful tool for studying low-dimensional spin systems is Raman spectroscopy which is sensitive to nearly all possible types of collective excitations as well as the interplay among them. In particular, magnetic light scattering can provide information about exchange paths and coupling constants, spinon excitations, spin gaps, and triplet-triplet interactions. The main results are summarized as follows; (i) the observation of a coherent coexistence of long-rang order and dimerized state in the frustrated spin chain system LiCu2O2, (ii) the presence of three-magnon scattering and dynamic spin-phonon coupling in the three-dimensional coupled spin dimer systems ACuCl3 (A=Tl, K), (iii) anomalous low-energy excitations including two-magnon scattering and electronic/orbital excitations in the two-dimensional Heisenberg antiferromagnetic system K2V3O8, (iv) the observation of inter-plane soft mode and a coupling of spin to soft mode in the quasi two-dimensional orthogonal dimer system SrCu(BO3)2, and (v) the existence of longitudinal magnons in the spin tetrahedra system Cu2Te2O5X2 (X=Br,Cl).

OpenAccess:
PDF
(additional files)