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镍氧化物中交换收缩驱动的超快非热晶格动力学

Exchange-Striction Driven Ultrafast Nonthermal Lattice Dynamics in NiO.

作者信息

Windsor Y W, Zahn D, Kamrla R, Feldl J, Seiler H, Chiang C-T, Ramsteiner M, Widdra W, Ernstorfer R, Rettig L

机构信息

Department of Physical Chemistry, Fritz Haber Institute of the Max Planck Society, Faradayweg 4-6, 14195 Berlin, Germany.

Institute of Physics, Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg, 06120 Halle, Germany.

出版信息

Phys Rev Lett. 2021 Apr 9;126(14):147202. doi: 10.1103/PhysRevLett.126.147202.

DOI:10.1103/PhysRevLett.126.147202
PMID:33891443
Abstract

We use femtosecond electron diffraction to study ultrafast lattice dynamics in the highly correlated antiferromagnetic (AFM) semiconductor NiO. Using the scattering vector (Q) dependence of Bragg diffraction, we introduce Q-resolved effective temperatures describing the transient lattice. We identify a nonthermal lattice state with preferential displacement of O compared to Ni ions, which occurs within ∼0.3  ps and persists for 25 ps. We associate this with transient changes to the AFM exchange striction-induced lattice distortion, supported by the observation of a transient Q asymmetry of Friedel pairs. Our observation highlights the role of spin-lattice coupling in routes towards ultrafast control of spin order.

摘要

我们使用飞秒电子衍射来研究高度关联的反铁磁(AFM)半导体NiO中的超快晶格动力学。利用布拉格衍射的散射矢量(Q)依赖性,我们引入了描述瞬态晶格的Q分辨有效温度。我们确定了一种非热晶格状态,其中O离子相对于Ni离子有优先位移,这种情况在约0.3皮秒内出现并持续25皮秒。我们将此与AFM交换严格约束诱导的晶格畸变的瞬态变化相关联,这一变化得到了弗里德尔对瞬态Q不对称性观测结果的支持。我们的观测突出了自旋 - 晶格耦合在超快控制自旋序途径中的作用。

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