Competing Exchange Interactions on the Verge of a Metal-Insulator Transition in the Two-Dimensional Spiral Magnet Sr3Fe2O7

Publikation: Beitrag in FachzeitschriftForschungsartikelBeigetragenBegutachtung

Beitragende

  • J. -H. Kim - , Max-Planck-Institut für Festkörperforschung (Autor:in)
  • Anil Jain - , Bhabha Atomic Research Center (BARC) (Autor:in)
  • M. Reehuis - , Helmholtz-Zentrum Berlin für Materialien und Energie (HZB) (Autor:in)
  • G. Khaliullin - , Max-Planck-Institut für Festkörperforschung (Autor:in)
  • D. C. Peets - , Max-Planck-Institut für Festkörperforschung (Autor:in)
  • C. Ulrich - , Max-Planck-Institut für Festkörperforschung, University of New South Wales, Australian Nuclear Science and Technology Organisation (Autor:in)
  • J. T. Park - , Technische Universität München (Autor:in)
  • E. Faulhaber - , Technische Universität München (Autor:in)
  • A. Hoser - , Helmholtz-Zentrum Berlin für Materialien und Energie (HZB) (Autor:in)
  • H. C. Walker - , Rutherford Appleton Laboratory (Autor:in)
  • D. T. Adroja - , University of Johannesburg (Autor:in)
  • A. C. Walters - , Max-Planck-Institut für Festkörperforschung (Autor:in)
  • D. S. Inosov - , Max-Planck-Institut für Festkörperforschung, Technische Universität Dresden (Autor:in)
  • Andrey Maljuk - , Leibniz-Institut für Festkörper- und Werkstoffforschung Dresden (Autor:in)
  • Bernhard Keimer - , Max-Planck-Institut für Festkörperforschung (Autor:in)

Abstract

We report a neutron scattering study of the magnetic order and dynamics of the bilayer perovskite Sr3Fe2O7, which exhibits a temperature-driven metal-insulator transition at 340 K. We show that the Fe4+ moments adopt incommensurate spiral order below T-N = 115 K and provide a comprehensive description of the corresponding spin-wave excitations. The observed magnetic order and excitation spectra can be well understood in terms of an effective spin Hamiltonian with interactions ranging up to third-nearest-neighbor pairs. The results indicate that the helical magnetism in Sr3Fe2O7 results from competition between ferromagnetic double-exchange and antiferromagnetic superexchange interactions whose strengths become comparable near the metal-insulator transition. They thus confirm a decades-old theoretical prediction and provide a firm experimental basis for models of magnetic correlations in strongly correlated metals.

Details

OriginalspracheEnglisch
Aufsatznummer147206
Seitenumfang5
FachzeitschriftPhysical review letters
Jahrgang113
Ausgabenummer14
PublikationsstatusVeröffentlicht - 3 Okt. 2014
Peer-Review-StatusJa
Extern publiziertJa

Externe IDs

Scopus 84908032090

Schlagworte

Schlagwörter

  • CRYSTALS, SYSTEMS, ORDER