（通讯员 王好文）9月25日，《物理评论B》（Physical Review B）在线刊发了国家脉冲强磁场科学中心王俊峰研究员课题组题为“Field-induced magnetization plateau and high-field phase diagram of the multiferroic manganite ErMn₂O₅: An analogy to YMn₂O₅”（多铁锰酸盐ErMn₂O₅中场诱导的磁化平台和高场磁电相图：类比于YMn₂O₅）的论文。中心博士生冯寅发为论文第一作者，博士后王好文为论文通讯作者，王俊峰研究员指导了该项工作，工程师董超和陆成亮教授参与了实验测量和数据分析工作。

磁致多铁性材料体系RMn₂O₅（R=稀土元素，Bi）在磁场下展现出丰富的物理效应，如拓扑保护的磁电开关（GdMn₂O₅）、磁记录铁电存储器（TbMn₂O₅）、磁场诱导极化强度翻转/反转（TmMn₂O₅）等。这些独特的磁电响应与Mn离子和R离子的磁矩排列密切相关。近期，王俊峰课题组通过构建YMn₂O₅高磁场下磁电相图，认识到Mn离子磁矩排列的演变对该物质磁电耦合特性的影响[Phys. Rev. B 110, 014430(2024)]。值得注意的是，作为YMn₂O₅同构体的ErMn₂O₅，两者Mn离子取向几乎一致。此外，该体系R离子磁矩一般位于ab面内，而ErMn₂O₅中Er离子则沿着c轴排列。因此，在YMn₂O₅研究基础上，ErMn₂O₅为系统研究R离子磁矩排列对RMn₂O₅磁电性能影响提供了一个理想平台。

ErMn₂O₅的强磁场磁化、电极化以及高磁场下磁电相图

本项工作中，王俊峰课题组利用脉冲强磁场设施的磁化和电极化测量手段，系统研究了ErMn₂O₅单晶三个晶轴方向磁化强度、电极化强度对于磁场变化的响应。研究发现，T=1.6K时，a方向H_c1~12T、H_c2~30T附近分别出现一阶和二阶磁相变，分别对应于极化强度的反转和饱和。随着温度升高，H_c1缓慢向低磁场方向移动且在10K以上消失，H_c2则可以维持到40K。对于b方向，随着磁场强度增加，低温非公度弱铁电相（ICM2/X）逐渐被高温公度铁电相（CM/FE1）所取代。以上磁电响应与YMn₂O₅十分类似，这表明ab面内Mn离子起着决定性作用。然而，ab面外则呈现出完全不同的磁电响应，这源自于Er离子特殊的磁矩排列。除此之外，在c方向还观察到1/2和3/4类磁化平台，系该材料体系首次发现。基于以上实验现象，结合ErMn₂O₅晶体/磁结构、Mn-Mn和Mn-Er磁相互作用等对其中的电极化和磁化平台来源进行了探讨，并给出了相应的物理模型。该研究为深入理解RMn₂O₅体系中Mn离子和R离子磁矩排列对磁电耦合特性的影响起到了推动作用。

上述研究工作得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金、中国博士后科学基金和华中科技大学大型仪器开放共享基金等资助。

论文链接：https://journals.aps.org/prb/abstract/10.1103/16xl-dntg