Quantum theory of spin waves in finite chiral spin chains

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Título: Quantum theory of spin waves in finite chiral spin chains
Autor/es: Roldán-Molina, A. | Santander, M.J. | Núñez, A.S. | Fernández-Rossier, Joaquín
Grupo/s de investigación o GITE: Grupo de Nanofísica
Centro, Departamento o Servicio: Universidad de Alicante. Departamento de Física Aplicada | Universidad de Alicante. Instituto Universitario de Materiales
Palabras clave: Spin waves | Quantum theory | Finite chiral spin chains
Área/s de conocimiento: Física de la Materia Condensada
Fecha de publicación: 5-feb-2014
Editor: American Physical Society
Cita bibliográfica: Physical Review B. 2014, 89: 054403. doi:10.1103/PhysRevB.89.054403
Resumen: We calculate the effect of spin waves on the properties of finite-size spin chains with a chiral spin ground state observed on biatomic Fe chains deposited on iridium(001). The system is described with a Heisenberg model supplemented with a Dzyaloshinskii-Moriya coupling and a uniaxial single ion anisotropy that presents a chiral spin ground state. Spin waves are studied using the Holstein-Primakoff boson representation of spin operators. Both the renormalized ground state and the elementary excitations are found by means of Bogoliubov transformation, as a function of the two variables that can be controlled experimentally, the applied magnetic field and the chain length. Three main results are found. First, because of the noncollinear nature of the classical ground state, there is a significant zero-point reduction of the ground-state magnetization of the spin spiral. Second, there is a critical external field from which the ground state changes from chiral spin ground state to collinear ferromagnetic order. The character of the two lowest-energy spin waves changes from edge modes to confined bulk modes over this critical field. Third, in the spin-spiral state, the spin-wave spectrum exhibits oscillatory behavior as function of the chain length with the same period of the spin helix.
Patrocinador/es: The authors thank funding from grants from Fondecyt (Grant No. 1110271), Fondo de Innovación para la Competitividad-MINECON (Grant No. ICM P10-061-F), and Anillo ACT (Grant No. 1117). A.S.N. also acknowledges support from Financiamiento Basal para Centros Científicos y Tecnológicos de Excelencia under Project No. FB 0807 (Chile).
URI: http://hdl.handle.net/10045/54249
ISSN: 0163-1829 (Print) | 1095-3795 (Online)
DOI: 10.1103/PhysRevB.89.054403
Idioma: eng
Tipo: info:eu-repo/semantics/article
Derechos: © 2014 American Physical Society
Revisión científica: si
Versión del editor: http://dx.doi.org/10.1103/PhysRevB.89.054403
Aparece en las colecciones:INV - Grupo de Nanofísica - Artículos de Revistas

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