稀土铁氧体RFeO₃(R为稀土元素)由于存在多种磁相互作用（如Fe³⁺离子之间、R³⁺离子之间以及Fe³⁺和R³⁺之间相互作用）和很强的自旋晶格耦合而表现出丰富的物理性质，如多铁性、光磁效应、超快自旋翻转等。最近研究还表明这类材料中也存在迪克协同效应，这是在凝聚态磁性系统中发现的第一个迪克协同作用的实例。然而由于R 4f-Fe 3d之间复杂的相互作用，RFeO₃体系中铁离子在稀土离子有序温度以下的磁结构还存在争议。

近日，强磁场中心夏正才教授和中国科学院物理研究所成昭华研究员合作，利用60T脉冲强磁场研究了稀土铁氧体ErFeO₃单晶三个方向的磁化行为。研究发现，除了温度诱导的自旋重取向（Γ₄→Γ₂），磁场也能诱导自旋重取向（Γ₄«Γ₂）的发生。基于铁离子晶格可能存在的三种磁结构（Γ₁、Γ₂、Γ₄），通过对磁化过程的详细分析，给出了ErFeO₃单晶高场下详细的磁相图。该研究对于理解稀土铁氧体这一类材料中的磁结构、磁相变以及其中复杂的3d-4f相互作用具有指导意义。

ErFeO₃单晶高场下的磁化行为及B-T相图

该研究成果以“Magnetic behavior and complete high-field magnetic phase diagram of the orthoferrite ErFeO₃”为题发表在Phys. Rev. B 100, 054418 (2019)。强磁场中心博士生张晓星为论文第一作者，夏正才教授、成昭华研究员为共同通讯作者，强磁场中心王俊峰研究员、欧阳钟文教授和武汉理工大学柯亚娇参与了该项研究。该项工作得到了国家自然科学基金面上项目的支持。

论文链接：https://doi.org/10.1103/PhysRevB.100.054418