論文の概要: Quasiparticle Dynamics in the 4d-4f Ising-like Double Perovskite Ba2DyRuO6 Probed by Neutron Scattering and Machine-Learning Framework

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2512.24778v1
• Date: Wed, 31 Dec 2025 10:53:21 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-01-01 23:27:28.627954
• Title: Quasiparticle Dynamics in the 4d-4f Ising-like Double Perovskite Ba2DyRuO6 Probed by Neutron Scattering and Machine-Learning Framework
• Title（参考訳）: 中性子散乱と機械学習による4d-4f等方性2重ペロブスカイトBa2DyRuO6の準粒子ダイナミクス
• Authors: Gourab Roy, Ekta Kushwaha, Mohit Kumar, Sayan Ghosh, Fabio Orlandi, Duc Le, Matthew B. Stone, Jhuma Sannigrahi, Devashibhai T. Adroja, Tathamay Basu,
• Abstract要約: Ba$DyRuO$_6$は単一の磁気遷移を示すと報告されている。 中性子回折の結果、長距離反強磁性秩序が47$KのT_mathrmNアロックスで出現することが確認された。 INSとラマン分光法は、Dy$3+$の結晶電界励起を46.5と71.8meVで明らかにしている。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 6.859565397734987
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: Double perovskites containing 4d--4f interactions provide a platform to study complex magnetic phenomena in correlated systems. Here, we investigate the magnetic ground state and quasiparticle excitations of the fascinating double perovskite system, Ba$_2$DyRuO$_6$, through Time of flight (TOF) neutron diffraction (TOF), inelastic neutron scattering (INS), and theoretical modelling. The compound Ba$_2$DyRuO$_6$ is reported to exhibit a single magnetic transition, in sharp contrast to most of the other rare-earth (R) members in this family, A$_2$RRuO$_6$ (A = Ca/Sr/Ba), which typically show magnetic ordering of the Ru ions, followed by R-ion ordering. Our neutron diffraction results confirm that long-range antiferromagnetic order emerges at $T_\mathrm{N} \approx 47$~K, primarily driven by 4d--4f Ru$^{5+}$--Dy$^{3+}$ exchange interactions, where both Dy and Ru moments start to order simultaneously. The ordered ground state is a collinear antiferromagnet with Ising character, carrying ordered moments of $μ_{\mathrm{Ru}} = 1.6(1)~μ_\mathrm{B}$ and $μ_{\mathrm{Dy}} = 5.1(1)~μ_\mathrm{B}$ at 1.5~K. Low-temperature INS reveals well-defined magnon excitations below 10~meV. SpinW modelling of the INS spectra evidences complex exchange interactions and the presence of magnetic anisotropy, which governs the Ising ground state and accounts for the observed magnon spectrum. Combined INS and Raman spectroscopy reveal crystal-electric-field (CEF) excitations of Dy$^{3+}$ at 46.5 and 71.8~meV in the paramagnetic region. The observed CEF levels are reproduced by point-charge calculations consistent with the $O_h$ symmetry of Dy$^{3+}$. A complementary machine-learning approach is used to analyse the phonon spectrum and compare with INS data. Together, these results clarify the origin of phonon and magnon excitations and their role in the ground-state magnetism of Ba$_2$DyRuO$_6$.
• Abstract（参考訳）: 4d--4f相互作用を含む二重ペロブスカイトは、相関系の複雑な磁気現象を研究するための基盤となる。 ここでは、飛行時間(TOF)中性子回折(TOF)、非弾性中性子散乱(INS)、理論的モデリングを通じて、魅力的な二重ペロブスカイト系Ba$_2$DyRuO$_6$の磁気基底状態と準粒子励起について検討する。 Ba$_2$DyRuO$_6$は、A$_2$RRuO$_6$(A = Ca/Sr/Ba)である他の希土類(R)元素と対照的に単一の磁気遷移を示すと報告されている。 我々の中性子回折結果から、長距離反強磁性秩序は4d--4f Ru$^{5+}$-Dy$^{3+}$交換相互作用によって駆動され、DyとRuのモーメントが同時に順序付けされる$T_\mathrm{N} \approx 47$~Kで現れることが確認された。 秩序基底状態はイジング文字を持つコリニア反強磁性体であり、$μ_{\mathrm{Ru}} = 1.6(1)~μ_\mathrm{B}$と$μ_{\mathrm{Dy}} = 5.1(1)~μ_\mathrm{B}$の順序モーメントを1.5〜Kで運ぶ。 低温のINSは10〜meV以下で明確に定義されたマグノン励起を示す。 INSスペクトルのスピンWモデリングは、複雑な交換相互作用と磁気異方性の存在を証明し、イジング基底状態を管理し、観測されたマグノンスペクトルを説明する。 INSとラマン分光の組み合わせは、常磁性領域におけるDy$^{3+}$ 46.5および71.8~meVの結晶電場(CEF)励起を明らかにする。 観測されたCEFレベルは、Dy$^{3+}$の$O_h$対称性と一致する点電荷計算によって再現される。 補完的な機械学習手法を用いてフォノンスペクトルを分析し、INSデータと比較する。 これらの結果は, フォノンおよびマグノン励起の起源とBa$2$DyRuO$_6$の基底磁性におけるそれらの役割を明らかにする。

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