J. Phys. France 43, 931-938 (1982)
DOI: 10.1051/jphys:01982004306093100

Investigations of the magnetic and lattice vibrations in CoBr 2 using neutron scattering

M.C. Schmidt¹, C. Escribe-Filippini² et K.R.A. Ziebeck<sup>3

1</sup>  Laboratoire de Physique des Solides, I.N.S.A., Département de Physique, avenue de Rangueil, 31077 Toulouse Cedex, France
²  Groupe des Transitions de Phases, C.N.R.S., B.P. 166X, 38042 Grenoble Cedex, France
³  Institut Laue-Langevin, B.P. 156X, 38042 Grenoble Cedex, France

Abstract
Inelastic neutron scattering has been used to investigate both the acoustic phonons and the magnetic excitations in CoBr2. The acoustic phonon dispersion curves were measured in three principal symmetry directions at room temperature. From the initial slopes the sound velocities have been derivated and the elastic constants calculated. The two dimensional nature of the crystallographic structure is apparent in the difference between the sound velocities parallel and perpendicular to the closed packed layers although the difference is less than in other halides. Furthermore, the order parameter of the magnetic lattice was found to be β = 0.3 a value not inconsistent with that expected for a 3 D Ising model. The magnon dispersion was investigated in the (100) and (001) directions at 5 K. The observed dispersion could be explained using a model containing an isotropic exchange within the ground state doublet of the 4T 1 term. Renormalization of the spin waves revealed a strong magnon-phonon coupling in the (001) direction.

Résumé
Les phonons acoustiques et les magnons ont été étudiés dans CoBr2 par la diffusion inélastique des neutrons. Les courbes de dispersion des phonons acoustiques ont été mesurées dans les trois principales directions de symétrie, à la température ambiante. Les vitesses du son et les constantes élastiques en ont été déduites. Le caractère bidimensionnel de la structure cristallographique est mis en évidence par la différence entre les vitesses du son se propageant parallèlement et perpendiculairement aux plans. La valeur obtenue pour les paramètres d'ordre du réseau magnétique (β = 0,3) est en accord avec celle attendue dans le cas d'un modèle d'Ising à 3 dimensions. La dispersion des magnons a été étudiée dans les directions (100) et (001) à 5 K. On rend compte de la dispersion observée en utilisant un échange isotrope à l'intérieur du doublet fondamental issu du terme 4T1. La renormalisation des ondes de spins met en évidence un fort couplage magnon-phonon dans la direction (001).

PACS
6320D - Phonon states and bands, normal modes, and phonon dispersion.
7525 - Spin arrangements in magnetically ordered materials (including neutron and spin-polarized electron studies, synchrotron-source x-ray scattering, etc.).
7530D - Spin waves.
7560E - Magnetization curves, hysteresis, Barkhausen and related effects.

Key words
cobalt compounds -- lattice dynamics of ionic crystals -- magnetic structure -- magnetisation -- magnons -- phonon dispersion relations -- phonon magnon interactions -- spin waves