Antiferromagnetic Dichroism in a Complex Multisublattice MagnetoelectricCuB2O4

Abstract

Magnetic control of the crystal chirality was announced by Saito et al. [Phys. Rev. Lett. 101, 117402 (2008)] on the ground of experiments in CuB(2)O(4). This claim has raised a sharp dispute in the literature because it seemed to contradict the fundamental symmetry principles. We settle this dispute on the basis of a high-resolution optical spectroscopy study of excitonic transitions in CuB(2)O(4). We find that a large sublattice-sensitive antiferromagnetic linear dichroism (LD) emerges at the Néel temperature T(N)=21 K and show how it could simulate a "magnetic-field control of the crystal chirality." We prove that the discovered LD is related microscopically to the magnetic Davydov splitting. This LD is highly sensitive to subtle changes in the spin subsystems, which allowed us to observe a splitting of the phase transition into an incommensurate magnetic phase into two transitions (T(1)(*)=8.5 and T(2)(*)=7.9 K) and to suggest elliptical spiral structures below T(1)(*), instead of a simple circular helix proposed earlier.

Lattice dynamics and a magnetic-structural phase transition in the nickel orthoborateNi3(BO3)2Pisarev1, Prosnikov2, Davydov3 et al. 2016Phys. Rev. B221100View full textAdd to dashboardCite

“…This material crystallizes in the non-centrosymmetric tetragonal space group I-42d [15] and demonstrates a rich variety of interesting and, in some sense, unique magnetic and optical properties (see, e.g., Refs. [16][17][18][19][20] and references therein). Surprisingly, only CuB2O4 crystallizes in this crystal structure.…”

Anomalous boron isotope effects on electronic structure and lattice dynamics of CuB2O4

“…Various studies reported that CuB 2 O 4 exhibited the unusual magnetoelectric properties and complex magnetic, electric and optical coupling phenomenon. [14][15][16][17] Notably, CuB 2 O 4 containing 11 B and 10 B isotopes exhibited no signicant shis in the phase transition temperatures, as demonstrated by the nearly identical magnetic susceptibility illustrated in Fig. 1.…”

Спектроскопия высокого разрешения низкотемпературных фазовых переходов в метаборате меди CuB-=SUB=-2-=/SUB=-O-=SUB=-4-=/SUB=-

“…Магнитная подсистема Cu(8d) является квазиодномерной и не упорядочивается даже при самых низких температурах [5,6]. В недавней работе [7], посвященной высокопрецизионному спектроскопическому исследованию монокристалла метабората меди, ниже температуры Нееля для бесфононных линий (БФЛ или ZPL), относящихся к подсистеме Cu(4b), был зарегистрирован линейный дихроизм (ЛД или LD) в кристаллографически изотропной ab-плоскости CuB 2 O 4 . Было показано, что БФЛ при этом обладают дублетной структурой, связанной с магнитным давыдовским расщеплением.…”

“…Авторы [3] предположили, что при температурах T < 2 K реализуется каскад переходов между соизмеримыми состояниями типа " чертова лестница". Настоящая работа является продолжением исследования [ Для температур 5−21 K данные приведены согласно [7]. Область, обведенная штрихами, показана на вставке с увеличением.…”

“…Оптика и спектроскопия, 2019, том 127, вып. 1 T * 2 [7]. При температурах T 3 и T 4 ЛД дважды меняет знак, что соответствует двум фазовым переходам в эллиптические магнитные структуры с последовательной переориентацией главной оси эллипса на 90 • .…”