Симметрия и магнитоэлектрические взаимодействия в BaMnF₄

Abstract

На основе симметрийного анализа теоретически исследованы магнитная анизотропия и магнитоэлектрические взаимодействия в сегнетоэлектричеcком антиферромагнетике BaMnF₄. Показано, что симметрия допускает существование в этом материале неоднородного магнитоэлектрического взаимодействия (флексомагнитоэлектрического типа) со специфической зависимостью от величины и ориентации внешнего магнитного поля. Это взаимодействие с ростом поля может обеспечить фазовый переход в магнитную несоразмерную фазу с характерным скачком электрической поляризации. Рассмотрены линейный и квадратичный магнитоэлектрические эффекты и вопрос о релятивистском скосе подрешеток, обусловленном магнитоэлектрическим взаимодействием. Предлагаемый подход является естественным обобщением метода построения инвариантов из магнитных мод кристалла на случай фазовых переходов с удвоением элементарной ячейки кристалла и может быть применен для симметрийного анализа других сегнетомагнитных соединений.

На підставі симетрійного аналізу теоретично досліджено магнітну анізотропію та магнітоелектричні взаємодії у сегнетоелектричному антиферомагнетику BaMnF₄. Показано, що симетрія припускає існування в цьому матеріалі неоднорідної магнітоелектричної взаємодії (флексомагнітоелектричного типу) із специфічною залежністю від величини та орієнтації зовнішнього магнітного поля. Ця взаємодія з ростом поля може забезпечити фазовий перехід у магнітну неспіввимірну фазу з характерним стрибком електричної поляризації. Розглянуто лінійний і квадратичний магнітоелектричні ефекти та питання про релятивістський скос підграток, який обумовлено магнітоелектричною взаємодією. Запропонований підхід є природним узагальненням методу побудови інваріантів із магнітних мод кристала на випадок фазових переходів з подвоєнням елементарної комірки кристала та може бути застосований для симетрійного аналізу інших сегнетомагнітних сполук.

Magnetic anisotropy and magnetoelectric interactions in ferroelectric antiferromagnet BaMnF₄ are considered theoretically using the symmetry analysis. It is shown that the symmetry allows the existence of inhomogeneous magnetoelectric (flexoelectric type) interaction possessing a characteristic dependence on value and orientation of external magnetic field. As the field is increased this interaction at critical field leads to the phase transition to the magnetic incommensurate phase accompanied with a jump of electricpolarization. The linear and quadratic magnetoelectric effects and the relativistic tilt of the magnetic sublattices caused by the magnetoelectric interaction are considered. The proposed technique is a natural generalization of the symmetry analysis to the class of crystals which undergo the phase transitions followed by a doubling of the unit cell and can be applied not only to the BaMnF₄.