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强磁场驱动的“鬼脸”铁电相研究进展

发布日期:2022-02-08    作者:     来源:     点击:

在过去的几十年中,kagome晶格中的几何自旋阻挫能导致新奇的量子自旋液态,这引起了广泛的研究兴趣。Ni3V2O8作为一种典型的几何阻挫材料,有着极其丰富的相图及复杂的铁电耦合行为,是经典的由自旋诱导铁电性的多铁材料。前期王俊峰课题组已经利用60T脉冲场实验条件研究了Ni3V2O8高场下的磁电记忆效应,并通过电场调控系统探索了电极化反转的起源[Phys. Rev. B 97, 174429 (2018)]。近年来,王俊峰课题组发展了脉冲强磁场下转角电极化测量技术,利用该技术揭示了多铁MnWO4高场铁电极化反转行为[Phys. Rev. B 104, 014415(2021)]。

强磁场转角电极测量揭示了Ni3V2O8“鬼脸”铁电相

在该项研究中,利用脉冲场下的转角电极化测量,我们研究了30T下Ni3V2O8中的铁电相图随角度的依赖关系。研究发现,当磁场沿晶轴a方向时,低场区域出现由磁场诱导的低场铁电相LF(如左图所示)。随着磁场在ac面内旋转,LF相逐渐向高场移动并在|θ|=54°时突然消失。与此同时,12°|θ|43°出现另一个高场铁电相HF(20T处)。通过分析可知,LF相来源于Ni3V2O8中Ni2+kagome晶格的spine自旋螺旋序,而HF相则与kagome晶格的cross-tie自旋相关。当磁场沿ac面旋转时,两种不等价的Ni2+自旋随磁场的响应关系分别导致LF相与HF相的出现并构成如右图中的“鬼脸”相图:其中LF相连续出现在|θ|54°区间,而HF相只出现在12°|θ|43°区间。该项工作揭示了kagome梯状结构的Ni3V2O8角度依赖的磁电相图,并证实了旋转磁场对于探索新的铁电相具有重要且现实的科学意义。

该研究成果以“Reentrant ferroelectric phase induced by a tilting high magnetic field inNi3V2O8”(Ni3V2O8中的倾斜强磁场诱导的重载入铁电相)为题发表在Phys. Rev. B 105, 024427(2022)。强磁场中心董超工程师为论文第一作者,王俊峰研究员和杨明老师为论文共同通讯作者,中国科学院福建物质结构研究所何长振研究员、东京大学强磁场实验室K. Kindo教授、中心韩小涛教授等参与了相关工作。

论文链接:https://journals.aps.org/prb/abstract/10.1103/PhysRevB.105.024427