(通讯员 王好文)7月22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多重极端磁性团队题为“High magnetic field phase diagrams of the multiferroic manganite YMn2O5 single crystal”(在强磁场下多铁性锰酸盐YMn2O5单晶的磁电相图)的论文。中心博士后王好文为论文第一作者,王俊峰研究员为论文通讯作者,博士生李甜、工程师董超、杨明副教授和陆成亮教授参与了实验测量和数据分析的工作。
多铁性材料体系RMn2O5(R为稀土元素、Bi)因在磁场中呈现的奇特物理效应而备受关注,如磁场诱导的拓扑保护磁电开关、磁场驱动的极化强度翻转/反转、巨大的磁电容等。这些磁电特性与Mn-R、Mn-Mn之间复杂的磁相互作用密切相关,而且往往在它们相图上得到很好的体现。虽然RMn2O5的磁/铁电态随着稀土离子的变化而变化,但它们的磁/铁电相变却存在一些共性。此外,由于Y3+是非磁性离子,导致Mn-Y之间没有磁相互作用,因此YMn2O5为研究该体系磁电相图提供了一个理想的平台。
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YMn2O5的强磁场电极化、磁化以及三个轴向磁电相图
该工作中,研究团队利用脉冲强磁场设施的磁化和电极化测量技术,对三个主轴方向YMn2O5的物理特性开展系统研究。研究发现,当T=1.6K时,a方向28T附近出现二阶磁相变;当温度升高至18K时,10T附近出现额外的一阶磁相变。有意思的是,前者几乎不受温度影响,而后者随着温度提升向高磁场方向移动,最终两者融合。对于b方向,仅一阶磁相变出现在18K以下,而c方向无任何异常。在铁电性方面,三个轴向均出现了磁场诱导极化反转的现象,但是起因有所不同。在此基础上,研究团队构建了YMn2O5的强磁场磁电相图。除此之外,还从晶体/磁结构、磁相互作用等方面对其中的物理机制进行了探讨,并给出了相应的物理模型。
上述研究工作得到了国家自然科学基金、中国博士后科学基金、湖北省自然科学基金、湖北省博士后创新研究岗位等资助。
论文链接:https://journals.aps.org/prb/abstract/10.1103/PhysRevB.110.014430