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Thermal Hall Effects of Spins and Phonons in Kagome Antiferromagnet Cd-Kapellasite
Physical Review X ( IF 11.6 ) Pub Date : 2020-12-23 , DOI: 10.1103/physrevx.10.041059 Masatoshi Akazawa , Masaaki Shimozawa , Shunichiro Kittaka , Toshiro Sakakibara , Ryutaro Okuma , Zenji Hiroi , Hyun-Yong Lee , Naoki Kawashima , Jung Hoon Han , Minoru Yamashita
Physical Review X ( IF 11.6 ) Pub Date : 2020-12-23 , DOI: 10.1103/physrevx.10.041059 Masatoshi Akazawa , Masaaki Shimozawa , Shunichiro Kittaka , Toshiro Sakakibara , Ryutaro Okuma , Zenji Hiroi , Hyun-Yong Lee , Naoki Kawashima , Jung Hoon Han , Minoru Yamashita
We investigate the thermal-transport properties of the kagome antiferromagnet Cd-kapellasite (Cd-K). We find that a field-suppression effect on the longitudinal thermal conductivity sets in below approximately 25 K. This field-suppression effect at 15 T becomes as large as 80% at low temperatures, suggesting a large spin contribution in . We also find clear thermal Hall signals in the spin liquid phase in all Cd-K samples. The magnitude of the thermal Hall conductivity shows a significant dependence on the sample’s scattering time, as seen in the rise of the peak value in almost linear fashion with the magnitude of . On the other hand, the temperature dependence of is similar in all Cd-K samples; shows a peak at almost the same temperature of the peak of the phonon thermal conductivity which is estimated by at 15 T. These results indicate the presence of a dominant phonon thermal Hall at 15 T. In addition to , we find that the field dependence of at low fields turns out to be nonlinear at low temperatures, concomitantly with the appearance of the field suppression of , indicating the presence of a spin thermal Hall at low fields. Remarkably, by assembling the dependence of data of other kagome antiferromagnets, we find that, whereas stays a constant in the low- region, starts to increase as does in the high- region. This dependence of indicates the presence of both intrinsic and extrinsic mechanisms in the spin thermal Hall effect in kagome antiferromagnets. Furthermore, both and disappear in the antiferromagnetic ordered phase at low fields, showing that phonons alone do not exhibit the thermal Hall effect. A high field above approximately 7 T induces , concomitantly with a field-induced increase of and the specific heat, suggesting a coupling of the phonons to the field-induced spin excitations as the origin of .
中文翻译:
Kagome反铁磁体Cd-Kapellasite中自旋和声子的热霍尔效应
我们研究了kagome反铁磁体Cd-kapellasite(Cd-K)的热传递性质。我们发现场抑制对纵向热导率的影响 在低于25 K的温度下凝固。在15 T时的这种场抑制作用在低温下高达80%,表明自旋贡献很大 在 。我们还在所有Cd-K样品的自旋液相中发现了清晰的热霍尔信号。霍尔热导率的大小 从峰的上升可以看出,它对样品的散射时间有很大的依赖性 值几乎呈线性,幅度为 。另一方面,温度依赖性 在所有Cd-K样品中均相似; 在几乎与声子热导率峰相同的温度下显示峰 据估计 在15 T时。这些结果表明存在显性声子热霍尔 15 T时 ,我们发现 在低温下的结果证明是非线性的,伴随着磁场抑制的出现。 ,表明存在自旋热霍尔 在低地。值得注意的是,通过组装 的依赖 我们发现其他kagome反铁磁体的数据 在低位保持恒定 地区, 开始增加 在高地区。这个 的依赖 表明在kagome反铁磁体的自旋热霍尔效应中同时存在内在和外在机理。此外,两者 和 磁场在低磁场下在反铁磁有序相中消失,表明仅声子不会表现出热霍尔效应。高于约7 T的高场感应,伴随着磁场的增加 和比热,表明声子与场致自旋激发的耦合是 。
更新日期:2020-12-23
中文翻译:
Kagome反铁磁体Cd-Kapellasite中自旋和声子的热霍尔效应
我们研究了kagome反铁磁体Cd-kapellasite(Cd-K)的热传递性质。我们发现场抑制对纵向热导率的影响 在低于25 K的温度下凝固。在15 T时的这种场抑制作用在低温下高达80%,表明自旋贡献很大 在 。我们还在所有Cd-K样品的自旋液相中发现了清晰的热霍尔信号。霍尔热导率的大小 从峰的上升可以看出,它对样品的散射时间有很大的依赖性 值几乎呈线性,幅度为 。另一方面,温度依赖性 在所有Cd-K样品中均相似; 在几乎与声子热导率峰相同的温度下显示峰 据估计 在15 T时。这些结果表明存在显性声子热霍尔 15 T时 ,我们发现 在低温下的结果证明是非线性的,伴随着磁场抑制的出现。 ,表明存在自旋热霍尔 在低地。值得注意的是,通过组装 的依赖 我们发现其他kagome反铁磁体的数据 在低位保持恒定 地区, 开始增加 在高地区。这个 的依赖 表明在kagome反铁磁体的自旋热霍尔效应中同时存在内在和外在机理。此外,两者 和 磁场在低磁场下在反铁磁有序相中消失,表明仅声子不会表现出热霍尔效应。高于约7 T的高场感应,伴随着磁场的增加 和比热,表明声子与场致自旋激发的耦合是 。