Orbital fluctuations and spin-orbital-lattice coupling in <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mml:mrow> <mml:msub> <mml:mi>Bi</mml:mi> <mml:mn>2</mml:mn> </mml:msub> <mml:msub> <mml:mi>Fe</mml:mi> <mml:mn>4</mml:mn> </mml:msub> <mml:msub> <mml:mi mathvariant="normal">O</mml:mi> <mml:mn>9</mml:mn> </mml:msub> </mml:mrow> </mml:math>
Notice bibliographique
Résumé
Magnetic frustrations and degeneracies profoundly affect ground-state magnetic properties emerging from competing exchange interactions. Controlling such frustrations using orbital and phonon engineering via the Kugel-Khomskii-type (KK-type) interactions has recently enabled the orbital enhancement of magnetoelectric (ME) coupling. Using combined spectroscopic techniques and first-principle simulations, here we demonstrate that the magnetically frustrated Cairo lattice, ${\mathrm{Bi}}_{2}{\mathrm{Fe}}_{4}{\mathrm{O}}_{9}$, exhibits a strong KK-type interaction resulting in a coupled spin-orbital phase below 1.8 times the N\'eel temperature (${T}_{\mathrm{N}}\ensuremath{\sim}245\phantom{\rule{0.16em}{0ex}}\mathrm{K}$). We observe an order of magnitude change in phonon linewidths that is not explainable considering spin-phonon coupling channels alone. Instead, the observed change is reminiscent of orbitally active materials, which we explicitly confirm by measuring the $T$ dependence of low-energy orbital excitations. We further find that ${\mathrm{Bi}}_{2}{\mathrm{Fe}}_{4}{\mathrm{O}}_{9}$ harbors an unstable polar mode, driving the lattice to a symmetry-lowered ferroelectric (FE) phase below ${T}_{\mathrm{N}}$, in line with the previously reported hysteresis in polarization. Nonetheless, the FE phase leads to extremely small calculated superlattice Bragg peak intensities that are yet to be experimentally confirmed. Moreover, thermal conductivity measurements do not show any measurable effect of KK-type interactions on thermal transport across ${T}_{\mathrm{N}}$. However, we observe a repeatable anomaly at $\ensuremath{\sim}57\phantom{\rule{0.16em}{0ex}}\mathrm{K}$ appearing only in the heating cycle, which co-occurs with the $\ensuremath{\sim}400\phantom{\rule{0.16em}{0ex}}\mathrm{meV}$ broad continuum observed in Raman measurements. The observed KK-type interaction in ${\mathrm{Bi}}_{2}{\mathrm{Fe}}_{4}{\mathrm{O}}_{9}$ provides an opportunity for orbital enhancement of ME coupling by phonon control of superexchange interactions.
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Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Apprise à partir de 10 348 étiquettes directes de Codex et de 10 348 étiquettes directes de Gemma. Le mode candidate est l'union des têtes enseignantes seuillées; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont ni des étiquettes humaines ni des étiquettes directes de modèles de pointe.
Scores Codex et Gemma par catégorie
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,007 | 0,007 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,003 | 0,005 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,002 | 0,005 |
| Bibliométrie | 0,001 | 0,005 |
| Études des sciences et des technologies | 0,004 | 0,004 |
| Communication savante | 0,004 | 0,004 |
| Science ouverte | 0,006 | 0,006 |
| Intégrité de la recherche | 0,004 | 0,005 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,341 | 0,009 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.
score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; les deux têtes enseignantes s’accordent sur ce qui est montré ici.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».