Изучение особенностей магнитоэлектрического поведения семейства мультиферроиков RMn₂O₅ в сильных магнитных полях (Обзор)

Abstract

В сильных магнитных полях исследовано семейство мультиферроиков — орторомбических манганатов RMn₂O₅ (R = Eu, Gd, Er, Y), в которых ранее обнаружено сосуществование антиферромагнетизма и сегнетоэлектричества. В отличие от представителей семейства RMnO₃ (где R = Eu, Gd, Tb, Dy) в исследуемых соединениях имеются две подсистемы магнитных разновалентных d-ионов Mn³⁺ и Mn⁴⁺, прямые и косвенные взаимодействия между которыми (ферроили антиферромагнитного типа в зависимости как от вида окружения, так и особенностей свойств редкоземельного иона) существенно усиливает роль фрустраций, обнаруженных в соединениях RMnO₃ . Вследствие специфической комбинации добавочного магнитного вырождения, реализующегося в исследуемых системах из-за конкуренции близких по величине обмен- ных взаимодействий не только ближайших, но и следующих за ближайшими соседей, и сильной магнитоупругой связи, исследуемая система обнаруживает каскад магнитных фазовых переходов с появлением/исчезновением независимо как по оси а, так и оси с несоразмерной (модулированной) магнитной структуры. Обнаруженные в наших системах существенные магнитоэлетрические взаимодействия создают предпосылки не только для эффективного влияния магнитным полем на фазовые переходы, но и предоставляют возможность магнитного контроля за эффектами электрической поляризации.

У сильних магнітних полях досліджено сімейство мультифероїків — орторомбічних манганатів RMn₂O₅ (R = Eu, Gd, Er, Y), у яких раніше виявлено співіснування антиферомагнетизму й сегнетоелектриці. На відміну від представників сімейства RMnO₃ (де R = Eu, Gd, Tb, Dy) у сполуках, що досліджуються, є дві підсистеми магнітних різновалентних d-іонів Mn³⁺ і Mn⁴, прямі й непрямі взаємодії між якими (феро- або антиферомагнітного типу в залежності як від виду оточення, так і особливостей властивостей рідкісно земельного іона) істотно підсилює роль фрустрацій, виявлених у сполуках RMnO₃ . Внаслідок специфічної комбінації додаткового магнітного виродження, що реализуюється в досліджуваних системах з-за конкуренції близьких по величині обмінних взаємодій не тільки найближчих, але й наступних за найближчими сусідів, і сильного магнітопружнього зв’язку, досліджувана система виявляє каскад магнітних фазових переходів з появою/зникненням незалежно як по осі а, так і осі с несорозмірної (модульованої) магнітної структури. Виявлені в наших системах істотні магнітоелектричні взаємодії створюють передумови не тільки для ефективного впливу магнітним полем на фазові переходи, але й надають можливість магнітного контролю за ефектами електричної поляризації.

The magnetic, magnetoelectric and magnetoelastic properties of the orthorhombic manganates family RMn₂O₅ (R = Eu, Y, Gd, Er) in strong pulsed magnetic fields. Unlike to the manganites family RMnO₃ the systems under consideration comprises two subsystems of magnetic ions Mn³⁺ and Mn⁴⁺. The interactions between these ions (of ferro- and/or antiferromagnetic origin dependent on the type and size of the rare-earth R ion) substantially enhance the effect of frustration observed the both mentioned families. As a result of aditional magnetic degeneracy, a cascade of phase transitions with the onset of a new incommensurate, then commensurate and sometimes again (in a reentrant manner) incommensurate magnetic structures takes plase. The inherent magnetoelectric interactions in these multiferroic materials provide possibilities not only to influence effectively on phase transitions by magnetic fields but to control the effects of electric polarization in them.