Low-energy spin excitations in the molecular magnetic cluster V ₁₅

Abstract

PACS. 75.30.Et -Exchange and superexchange interactions. PACS. 75.50.Xx -Molecular magnets. PACS. 78.70.Nx -Neutron inelastic scattering. Abstract. -We report an Inelastic Neutron Scattering (INS) study of the fully deuterated molecular compound K6[V IV15 As6O42]·9D2O (V15). Due to geometrical frustration, the essential physics at low temperatures of the V15 cluster containing 15 coupled V 4+ (S=1/2) is determined by three weakly coupled spin-1/2 on a triangle. The INS spectra at low-energy allow us to directly determine the effective exchange coupling J0 = 0.211(2) meV within the triangle and the gap 2∆ = 0.035(2) meV between the two spin-1/2 doublets of the ground state. Results are discussed in terms of deviations from trigonal symmetry and Dzyaloshinskii-Moriya (DM) interactions.

Diffusion inélastique des neutrons sur les aimants moléculaires

“…Figure 3) [10, 55,87]. La structure des couplages d'échange entre ces trois "couches" conduisent à un modèle effectif des propriétés magnétiques qui se limite à un trimère antiferromagnétique (J ≈ 0.315 meV) de spin-1/2 conduisant à un état fondamental composé de deux doublets de Kramers S = 1/2 (dégénérés en énergie) et un état excité quartet S = 3/2 [38,39]. Les mesures de diffusion des neutrons ont mis en évidence la présence d'un gap d'énergie (2 0 ≈ 27 eV) entre les deux doublets de Kramers ce qui fait de V 15 un système prototype pour l'étude des systèmes à deux niveaux quantiques (modèle de Landau-Zener) et, notamment, les effets de relaxation (adiabatique) et de couplages avec les phonons (effet Bottleneck) [40,41,49].…”

Diffusion inélastique des neutrons sur les aimants moléculaires

“…Les effets de frustration conduisent à des propriétés magnétiques qui n'auraient pas pu être comprises sans l'apport des neutrons car la détermination univoque de tous les paramètres pertinents sur la seule base des mesures de susceptibilité n'est pas possible [78]. Un autre cas de frustration est le polyoxovanadate K 6 effectif des propriétés magnétiques qui se limite à un trimère antiferromagnétique (J ≈ 0.315 meV) de spin-1/2 conduisant à un état fondamental composé de deux doublets de Kramers S = 1/2 (dégénérés en énergie) et un état excité quartet S = 3/2 [38,39]. Les mesures de diffusion des neutrons ont mis en évidence la présence d'un gap d'énergie (2 0 ≈ 27 eV) entre les deux doublets de Kramers ce qui fait de V 15 un système prototype pour l'étude des systèmes à deux niveaux quantiques (modèle de Landau-Zener) et, notamment, les effets de relaxation (adiabatique) et de couplages avec les phonons (effet Bottleneck) [40,41,49].…”

Evolution of thermodynamic properties and inelastic neutron scattering intensities for spin-12antiferromagnetic quantum rings

“…Nanomagnetism continues to be a highly-active research area in condensed matter physics due to the potential for spintronic devices through the coupling of electronic and magnetic degrees of freedom [1][2][3][4][5][6][7][8][9][10][11][12][13] . The interactions in nanomagnetic systems range from long-range interactions that produce spin-waves and skyrmionic orders to short-range magnetic cluster that exhibit discrete excitations.…”

“…Magnetic clusters are typically considered to be a grouping of magnetic ions, in various geometric configurations, that are isolated from long-range magnetic interactions through non-magnetic ligands [1][2][3][4][5][6][7][8][9][10][11][12][13] . These include Mn 12 and Mn 84 or Fe 8 5-7 .…”