EVOLUTION EQUATION OF ELECTRIC POLARIZATION IN MULTIFERROICS PROPORTIONAL TO THE VECTOR PRODUCT OF CELL ION SPINS UNDER THE INFLUENCE OF THE HEISENBERG HAMILTONIAN

Мұқаба

Дәйексөз келтіру

Толық мәтін

Ашық рұқсат Ашық рұқсат
Рұқсат жабық Рұқсат берілді
Рұқсат жабық Тек жазылушылар үшін

Аннотация

An evolution equation for polarization (electric dipole moment density) has been derived for type II multiferroics, where polarization is proportional to the vector product of cell ion spins. A regime is considered in which the main evolution mechanism is exchange Coulomb interaction, modeled by the Heisenberg Hamiltonian. The obtained polarization evolution equation contains spin density and nematic tensor density, which appears as an anticommutator of spins for particles with S = 1 and higher (for particles with spin S = 1/2 it degenerates into particle concentration). Also, to construct a closed model of spin and polarization evolution in multiferroics, equations for the above-mentioned physical quantities were obtained. The spin-current model is justified using the momentum balance equation and spin evolution equation, derived from the microscopic many-particle Pauli equation taking into account spin-orbit interaction. To analyze the mechanism of electric dipole moment formation proportional to the vector product of magnetic ion spins, the spin-current model was used, within which the relationship between the proportionality coefficient and the exchange integral was obtained. The mean-field approximation is used in the work, where the many-particle wave function of the ion system is approximated by the product of single-particle functions.

Авторлар туралы

P. Andreev

Lomonosov Moscow State University, Faculty of Physics

Email: trukhanova@physics.msu.ru
Ресей, 119991, Moscow

M. Trukhanova

Lomonosov Moscow State University, Faculty of Physics; Laboratory of Theoretical Physics, Institute for Problems of Safe Development of Nuclear Energy of the Russian Academy of Sciences

Хат алмасуға жауапты Автор.
Email: trukhanova@physics.msu.ru
Ресей, 119991, Moscow; 115191, Moscow

Әдебиет тізімі

  1. А.П. Пятаков, А.К. Звездин, Магнитоэлектрические материалы и мультиферроики, УФН 182, 593 (2012), doi: 10.3367/UFNr.0182. 201206b.0593 [A.P. Pyatakov and A.K. Zvezdin, Magnetoelectric and Multiferroic Media, Phys. Usp. 55, 557 (2012), doi: 10.3367/UFNe.0182.201206b.0593].
  2. Y. Tokura, S. Seki, and N. Nagaosa, Multiferroics of Spin Origin, Rep.Prog.Phys. 77, 076501 (2014), doi: 10.1088/0034-4885/77/7/076501.
  3. H. Katsura, N. Nagaosa, and A.V. Balatsky, Spin Current and Magnetoelectric Effect in Noncollinear Magnets, Phys.Rev. Lett. 95, 057205 (2005), doi: 10.1103/PhysRevLett.95.057205.
  4. M. Mostovoy, Ferroelectricity in Spiral Magnets, Phys.Rev. Lett. 96, 067601 (2006), doi: 10.1103/PhysRevLett.96.067601.
  5. L. S. Kuz’menkov and S.G. Maksimov, Quantum Hydrodynamics of Particle Systems with Coulomb Interaction and Quantum Bohm Potential, Theor. Mat.Phys. 118, 227 (1999).
  6. L. S. Kuz’menkov, S.G. Maksimov, and V.V. Fedoseev, Microscopic Quantum Hydrodynamics of Systems of Fermions: Part I, Theor.Mat.Phys. 126, 110 (2001).
  7. P.A. Andreev, I.N. Mosaki, and M. I. Trukhanova, Quantum Hydrodynamics of the Spinor Bose – Еinstein Condensate at Non-Zero Temperatures, Phys. Fluids 33, 067108 (2021), doi: 10.1063/5.0053035.
  8. P. Andreev, Measuring the Coupling Constant of Polarized Fermions via Sound Wave Spectra, Theor.Mat.Phys. 213, 1762 (2022), doi: 10.1134/S0040577922120091.
  9. T. Koide, Spin-Electromagnetic Hydrodynamics and Magnetization Induced by Spin-Magnetic Interaction, Phys.Rev.C 87, 034902 (2013).
  10. А. Ахиезер, В. Барьяхтар, С. Пелетминский, Спиновые волны, Наука, Москва (1967).
  11. Y. Kawaguchi and M. Ueda, Theory of Spin-2 Bose – Einstein Condensates: Spin Correlations, Magnetic Response, and Excitation Spectra, Phys. Rep. 520, 253 (2012).
  12. D.M. Stamper-Kurn and M. Ueda, Spinor Bose – Einstein Condensates, Rev.Mod.Phys. 85, 1191 (2013).
  13. M. I. Trukhanova and P. Andreev, A New Microscopic Representation of the Spin Dynamics in Quantum Systems with the Coulomb Exchange Interactions, Moscow University Physics Bulletin, 79, 232 (2024), doi: 10.3103/S0027134924700255, arXiv:2305.03826.
  14. J. Hu, Microscopic Origin of Magnetoelectric Coupling in Noncollinear Multiferroics, Phys.Rev. Lett. 100, 077202 (2008), doi: 10.1103/PhysRevLett.100.077202.
  15. V.B. Berestetskii, E.M. Lifshitz, and L.P. Pitaevskii, Vol. 4, Quantum Electrodynamics, Butterworth –Heinemann (1982).
  16. П.А. Андреев, М.И. Труханова, Квантовогидродинамическое представление обменного взаимодействия в теории описания магнитоупорядоченных сред, Вестник Моск. унив., сер. 3, физика, астрономия 78(4), 2340103 (2023), doi: 10.55959/MSU0579-9392.78.2340103.
  17. Л.Д. Ландау, Е.М. Лифшиц, Теоретическая физика, т. 9, Статистическая физика, ч. 2, Теория конденсированного состояния, Физматлит, Москва (2001).
  18. Д.И. Хомский, Мультиферроики и не только: электрические свойства различных магнитных текстур, ЖЭТФ 159, 581 (2021), doi: 10.31857/S0044451021040015 [D. I. Khomskii, Multiferroics and Beyond: Electric Properties of Different Magnetic Textures, JETP 132, 482 (2021)].
  19. S. Dong, J.-M. Liu, S.-W. Cheong, and Z. Ren, Multiferroic Materials and Magnetoelectric Physics: Symmetry, Entanglement, Excitation, and Topology, Adv.Phys. 64, 519 (2015), doi: 10.1080/00018732.2015.1114338.
  20. T. Goto, T. Kimura, G. Lawes, A. Ramirez, and Y. Tokura, Ferroelectricity and Giant Magnetocapacitance in Perovskite Rare-Earth Manganites, Phys.Rev. Lett. 92, 257201 (2004).
  21. A. Munoz, J. Alonso, M.T. Casais, M. J. MartnezLope, J. L. Martinez, and M.T. Fernandez-Diaz, The Magnetic Structure of YMnO3 Perovskite Revisited, J.Phys.: Condens.Matter 14, 3285 (2002).
  22. V.Yu. Pomjakushin, M. Kenzelmann, A. Donni, A.B. Harris, T. Nakajima, S. Mitsuda, M. Tachibana, L. Keller, J. Mesot, and H. Kitazawa, Evidence for Large Electric Polarization from Collinear Magnetism in TmMnO3, New J.Phys. 11, 043019 (2009), doi: 10.1088/1367-2630/11/4/043019.
  23. H. Kimura, Y. Sakamoto, M. Fukunaga, H. Hiraka, and Y. Noda, Control of Magnetic Interaction and Ferroelectricity by Nonmagnetic Ga Substitution in Multiferroic YMn2O5, Phys. Rev.B 87, 104414 (2013), https://doi.org/10.1103/ PhysRevB.87.104414.
  24. P.A. Andreev and L. S. Kuz’menkov, On the Equation of State for the “Thermal” Part of the Spin Current: The Pauli Principle Contribution in the Spin Wave Spectrum in a Cold Fermion System, Prog.Theor.Exp.Phys. 2019, 053J01 (2019), doi: 10.1093/ptep/ptz029.
  25. Л.Д. Ландау, Е.М. Лифшиц, Теоретическая физика, т. 3, Квантовая механика. Нерелятивистская теория, Наука, Москва (1974).
  26. I.A. Sergienko, C. Sen, and E. Dagotto, Ferroelectricity in the Magnetic E-Phase of Orthorhombic Perovskites, Phys.Rev. Lett. 97, 227204 (2006), doi: 10.1103/PhysRevLett.97.227204.
  27. P.A. Andreev, Extended Hydrodynamics of Degenerate Partially Spin Polarized Fermions with Short-Range Interaction up to the Third Order by Interaction Radius Approximation, Laser Phys. 31, 045501 (2021), https:// doi.org/10.1088/15556611/ abe717.
  28. A. S. Moskvin and S.-L. Drechsler, Microscopic Mechanisms of Spin-Dependent Electric Polarization in 3d Oxides, Eur.Phys. J.B 71, 331 (2009), doi: 10.1140/epjb/e2009-00264-6.

Қосымша файлдар

Қосымша файлдар
Әрекет
1. JATS XML
Жүктеу

© Russian Academy of Sciences, 2024

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».