华中科技大学国家脉冲强磁场科学中心
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六角锰氧化物的强磁场相图研究进展

发布日期:2018-06-16    作者:     来源:     点击:

六角锰氧化物RMnO3R为稀土离子)属于物理性质非常丰富的第一类多铁材料,有关特性主要表现在两个方面:首先,不同于一般的第一类多铁材料,RMnO3中存在很强的自旋晶格耦合和磁电效应,最近研究还表明其铁电畴壁具有角度特性和拓扑缺陷等新奇性质。其次,由于磁性离子之间的相互竞争(如Mn3+离子、R3+离子、Mn3+-R3+之间)和强的阻挫效应,使得RMnO3在低温和磁场下具有异常复杂的磁相图和磁有序结构。然而,由于晶体原胞较大和稀土离子的影响,中子衍射等实验技术还无法完全确定六角锰氧化物的磁结构和磁相图,到目前RMnO3R= Ho-Yb)的磁相图和磁对称性仍然存在争议。

强磁场中心王俊峰研究员和中国科学技术大学孙学峰教授合作,对ErMnO3和YbMnO3单晶开展了60 T强磁场下的磁化测量。研究发现,c方向ErMnO3在0.8 T、12 T和28 T有三个磁场诱导的相变,同时变温磁化测量确定了相边界和完整的强磁场H-T相图。通过对磁化过程和磁化跳跃分析,研究还发现12 T相变是一个从1/3磁化平台(Er离子的G2表象)到铁磁的磁重取过程,并进一步揭示了ErMnO3的磁对称性随磁场和温度的变化关系。该项研究对于理解六角锰氧化物这一类多铁材料中的磁相变、磁基态和相关的磁电效应具有指导意义。

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该研究成果以High-field phase diagram and phase transitions in hexagonal manganite ErMnO3为题发表在Phys. Rev. B 97, 214419 (2018)。强磁场中心刘永杰博士为论文第一作者,王俊峰研究员、孙学峰教授为共同通讯作者,美国德克萨斯大学的周建十教授提供了单晶样品,夏正才教授、欧阳钟文教授参与了该项研究。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://link.aps.org/doi/10.1103/PhysRevB.97.214419