J. Phys. France 43, 1283-1290 (1982)
DOI: 10.1051/jphys:019820043080128300

Inelastic neutron scattering investigation of the magnetic excitations in the helimagnetic state of NiBr2

L.P. Régnault¹, J. Rossat-Mignod¹, A. Adam², D. Billerey² et C. Terrier<sup>2

1</sup>  Laboratoire de Diffraction Neutronique, Département de Recherche Fondamentale, Centre d'Etudes Nucléaires, 85 X, 38041 Grenoble Cedex, France
²  Laboratoire de Thermomagnétisme, Université de Nancy, 54037 Nancy, France

Abstract
We report on an inelastic neutron scattering study of the spin waves in NiBr2 at T = 4.2 K, performed in order to determine the exchange and anisotropy parameters. These are needed in order to understand the unusual helimagnetic-antiferromagnetic transition which occurs at TIC = 22.8 K. We find that the spin dynamics of NiBr2 can be described by an isotropic exchange hamiltonian for S =1 with in-plane exchange constants J1 = 1.56 meV, J2 = - 0.018 meV and J3 = - 0.41 meV, a weak inter plane coupling J' = - 0.182 meV, and an anisotropy of XY-type D = 0.15 meV. We point out that in a helimagnetically ordered phase the out-of-plane and the in-plane spin components may give rise to peaks in the neutron scattering intensity at energies ω(q) and ω(q ± k0), respectively. These three peaks have actually been observed in our experiments on NiBr 2.

Résumé
Une étude du spectre d'onde de spin par diffusion inélastique des neutrons a été effectuée sur le composé NiBr2 à T = 4,2 K afin de déterminer les paramètres d'échange et d'anisotropie. Ces paramètres sont nécessaires pour la compréhension de la transition hélimagnétique antiferromagnétique qui a lieu à TIC = 22,8 K dont l'origine est assez inhabituelle. Nous trouvons que la dynamique de spin dans NiBr2 peut être décrite par un hamiltonien d'échange isotrope pour un spin S = 1 avec les constantes d'échange dans les plans J1 = 1,56 meV, J2 = - 0,018 meV et J3 = - 0,41 meV, un faible couplage entre plans J' = -0,182 meV et une anisotropie du type XY D = 0,15 meV. Nous soulignons que pour une structure hélimagnétique les composantes de spin perpendiculaires et contenues dans le plan de base donnent lieu à des pics dans l'intensité des neutrons diffusés aux énergies ω(q) et ω(q ± k0) respectivement. Ces trois pics ont effectivement été observés dans les expériences sur NiBr 2.

PACS
7530D - Spin waves.
7530E - Exchange and superexchange interactions.
7530G - Magnetic anisotropy.
7530K - Magnetic phase boundaries (including magnetic transitions, metamagnetism, etc.).

Key words
exchange interactions electron -- magnetic anisotropy -- magnetic transitions -- neutron diffraction examination of materials -- nickel compounds -- spin waves