Развязанные спиновые динамики в редкоземельном ортоферрите YbFeO3: эволюция магнитных возбуждений через переход переориентации спинов

В статье представлено всестороннее исследование магнитной динамики в редкоземельном ортоферрите YbFeO3 при температурах ниже и выше перехода переориентации спинов (SR) T_SR = 7,6 К в магнитных полях, приложенных вдоль осей a, b и c. С помощью одно-кристалльного неупругого рассеяния нейтронов мы обнаружили, что спектр магнитных возбуждений состоит из двух коллективных мод, хорошо разделённых по энергии: трёхмерные зафиксированные (gap) магноны с полосой пропускания ~60 мэВ, связанные с антиферромагнитно упорядоченной подсистемой Fe, и квазиизмерные (quasi-1D) антиферромагнитные флуктуации порядка ~1 мэВ в подсистеме Yb, при отсутствии гибридизации между этими модами. Спиновая динамика подсистемы Fe практически не меняется при прохождении через SR-переход и может быть хорошо описана в рамках полуклассической линейной теории спиновых волн. Напротив, поворот суммарного момента подсистемы Fe при T_SR радикально изменяет спектр возбуждений подсистемы Yb, вызывая переход между двумя режимами с магноноподобными и спиноноподобными флуктуациями. При T < T_SR спиновые цепочки Yb имеют чётко определённое индуцированное полем ферромагнитное основное состояние, и спектр состоит из острой одно-магновой моды, двух-магнового связанного состояния и двух-магнового континуума, тогда как при T > T_SR доминирует только зафиксированный широкий спиноноподобный континуум. В работе показано, что слабое квазиизмерное взаимодействие внутри подсистемы Yb J_Yb-Yb, в основном не учитывавшееся в предыдущих исследованиях, создаёт необычную квантовую спиновую динамику на низкоэнергетических масштабах. Результаты могут стимулировать дальнейшие экспериментальные поиски подобных соединений с несколькими магнитными подсистемами и энергетическими шкалами, где низкоэнергетические флуктуации и лежащая в их основе физика могут быть «скрыты» доминирующим взаимодействием.