LOCAL-REGION MAGNON IN HEXAGONAL HoMn_(1-x)Ga_xO₃ THIN FILMS

Abstract

편광 라만 측정을 이용하여 육방형 구조 HoMn1-xGaxO3 (x=0, 0.05, 0.10, 0.33) 박막의 스핀 파동(매그논) 산란에 대한 연구를 하였다. 매그논 피크의 세기와 진동수로 부터 닐 온도와 교환적분 값의 도핑 의존도를 얻을 수 있었다. x가 증가하면 매그논의 세기는 빠르게 감소하는데 이는 비자성 물질인 Ga이 Mn자리에 치환되면 매그논이 사라지기 때문으로 보인다. 또한 Ga 농도에 따라 매그논 피크들의 진동수가 변하는 것을 볼 수 있다. 이를 통해 Ga 도핑에 따른 스핀 교환 적분 값의 변화를 계산할 수 있다. HoMn1-xGaxO3는 ab평면에서 Mn이온이 삼각형의 구조를 이루고 있고 닐 온도 이하에서는 약한 구조 변화 때문에 intratrimer Mn-Mn 상호작용에 의한 J1과 intertrimer Mn-Mn 상호작용에 의한 J2 두 개의 스핀 교환 적분 값을 갖는다. x가 증가하면 J1은 증가하지만 J2는 감소함을 알 수 있었다. x의 증가에 따라 J1이 증가하는 원인은 박막 시료의 기판에 의한 변형과 변형력 영향과 관련 있어 보인다. 한편, J2의 감소는 닐 온도 변화와 관련지어 설명 할 수 있다. 13K에서 160K까지의 온도 변화에 따른 라만 측정을 통해서 닐 온도를 얻었는데, Ga도핑이 증가하면 닐 온도는 감소하는 것을 확인하였다. 이는 HoMnO3의 ab평면에서 Ga도핑에 의해 Mn-Mn 상호작용이 약화되었기 때문이라고 해석한다. 특별히 J2값이 작아지는 것으로 보아서 Ga 도핑은 intertrimer Mn-Mn 상호작용에 크게 영항을 미치고 있음을 알 수 있다.;The magnons in hexagonal HoMn1-xGaxO3 (x=0, 0.05, 0.10, 0.33) thin films have been studied by using temperature dependent polarized Raman spectroscopy. The doping-dependence of Néel temperature and the spin ex-change integrals in HoMn1-xGaxO3 can be obtained from the intensity and wavenumber of the magnon peaks. As Ga concentration increases, magnon energy is slightly affected, while magnon intensity is significantly decreased. This suggests that the magnons become limited from the local non-magnetic region of the magnetic material when doped with non-magnetic Ga ions. From our magnon scattering studies, the spin exchange integrals and Néel temperatures of HoMn1-xGaxO3 thin films are deduced optically. In hexag-onal HoMn1-xGaxO3, Mn ions form trigonal lattice in the basal ab plane. Below the Néel temperature, spin exchange integral splits into two diffrent value: intratrimer J1 and intertrimer J2. We found that the exchange integral J1 systematically increases with increasing x, while the exchange integral J2 decreases. The increase of J1 seems to be affected by the stress and strain due to lattice mismatch of the substrate for the thin film. The decrease of J2 is dis-cussed in terms of the Néel temperature which can be obtained by using the temperature-dependence of the magnon intensity. With increased Ga doping, the decrease of Néel temperature is observed. We interpret that the Mn-Mn interaction become weak because of the influence of Ga doping in the ab plane of HoMnO3. According to our nding, the non-magnetic Ga ion seems to affect the intertrimer Mn-Mn interaction(J2) more strongly.