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Low-energy spin excitations in field-induced phases of the spin-ladder antiferromagnet BiCu2PO6

Pilch, Patrick und Amelin, Kirill und Schmiedinghoff, Gary und Reinold, Anneke und Zhu, Changqing und Povarov, Kirill Yu. und Zvyagin, Sergei und Engelkamp, Hans und Lan, Yin-Ping und Shu, Guo-Jiun und Chou, Fang-Cheng und Nagel, Urmas und Rõõm, Toomas und Uhrig, Götz und Fauseweh, Benedikt und Wang, Zhe (2025) Low-energy spin excitations in field-induced phases of the spin-ladder antiferromagnet BiCu2PO6. Physical Review B, 111 (2), 024423. American Physical Society. doi: 10.1103/PhysRevB.111.024423. ISSN 2469-9950.

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Offizielle URL: https://journals.aps.org/prb/abstract/10.1103/PhysRevB.111.024423

Kurzfassung

We report on terahertz spectroscopic measurements of quantum spin dynamics on single crystals of a spin-1/2 frustrated spin-ladder antiferromagnet BiCu2⁢PO6 as a function of temperature, polarization, and applied external magnetic fields. Spin triplon excitations are observed at zero field and split in applied magnetic fields. For magnetic fields applied along the crystallographic a axis, a quantum phase transition at B_{c⁢1}=21.4 T is featured by a low-energy excitation mode emerging above B_{c⁢1}, which indicates a gap reopening. For fields along the b axis and the c axis, different field dependencies are observed for the spin triplon excitations, whereas no low-lying modes could be resolved at field-induced phase transitions. We perform a theoretical analysis of the magnetic field dependence of the spin triplon modes by using continuous unitary transformations to determine an effective low-energy Hamiltonian. Through an exhaustive parameter search we find numerically optimized parameters to very well describe the experimentally observed modes, which corroborate the importance of significant magnetic anisotropy in the system.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/219707/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:Low-energy spin excitations in field-induced phases of the spin-ladder antiferromagnet BiCu2PO6
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Pilch, PatrickTU DortmundNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Amelin, KirillNICPB, EstoniaNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Schmiedinghoff, Garygary.schmiedinghoff (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0003-2259-7365197989067
Reinold, AnnekeTU DortmundNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Zhu, ChangqingTU DortmundNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Povarov, Kirill Yu.HZDR DresdenNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Zvyagin, SergeiHZDR DresdenNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Engelkamp, HansHigh Field Magnet Laboratory (HFML), Institute for Molecules and Materials (IMM), Radboud University Nijmegen, Nijmegen, The NetherlandsNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Lan, Yin-PingTaipei TechNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Shu, Guo-JiunTaipei TechNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Chou, Fang-ChengNTU, TaiwanNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Nagel, UrmasNICPB, Tallinn, EstoniaNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Rõõm, ToomasNICPB, Tallinn, EstoniaNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Uhrig, GötzTU DortmundNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Fauseweh, BenediktBenedikt.Fauseweh (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Wang, ZheTU DortmundNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Datum:27 Januar 2025
Erschienen in:Physical Review B
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Nein
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
Band:111
DOI:10.1103/PhysRevB.111.024423
Seitenbereich:024423
Verlag:American Physical Society
ISSN:2469-9950
Status:veröffentlicht
Stichwörter:Frustrated magnetism, Magnetic anisotropy, Phase transitions, Triplon, Approximation methods for many-body systems, Infrared spectroscopy, Spin ladders
HGF - Forschungsbereich:keine Zuordnung
HGF - Programm:keine Zuordnung
HGF - Programmthema:keine Zuordnung
DLR - Schwerpunkt:Quantencomputing-Initiative
DLR - Forschungsgebiet:QC SW - Software
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):QC - ALQU
Standort: Köln-Porz , andere
Institute & Einrichtungen:Institut für Softwaretechnologie > High-Performance Computing
Institut für Softwaretechnologie
Hinterlegt von: Schmiedinghoff, Gary
Hinterlegt am:26 Nov 2025 08:46
Letzte Änderung:26 Nov 2025 11:17

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