[论文解读] Origin of Electric Field Induced Magnetization in Multiferroic HoMnO3

B. G. Ueland, J. W. Lynn+3 more|arXiv (Cornell University)|Sep 1, 2009

Multiferroics and related materials被引用 4

一句话总结

本研究确定了多铁质HoMnO3中电场诱导磁化的起源，其源于反铁磁结构域壁内的未补偿磁化。通过偏振小角中子散射，作者证明电场通过改变结构域壁结构来抑制这种磁化，而非改变体相磁序，从而为结构域壁在磁电耦合中的作用提供了直接证据。

ABSTRACT

We have performed polarized and unpolarized small angle neutron scattering experiments on single crystals of HoMnO3 and have found that an increase in magnetic scattering at low momentum transfers begins upon cooling through temperatures close to the spin reorientation transition at TSR ~ 40 K. We attribute the increase to an uncompensated magnetization arising within antiferromagnetic domain walls. Polarized neutron scattering experiments performed while applying an electric field show that the field suppresses magnetic scattering below T ~ 50 K, indicating that the electric field affects the magnetization via the antiferromagnetic domain walls rather than through a change to the bulk magnetic order.

研究动机与目标

• 确定多铁质HoMnO3中电场诱导磁化的微观起源。
• 确定电场是否改变体相磁序或仅影响反铁磁结构域壁磁化。
• 研究反铁磁结构域壁在磁电耦合中的作用。
• 阐明在施加电场下磁散射被抑制的机制。

提出的方法

• 对单晶HoMnO3进行了偏振与非偏振的小角中子散射（SANS）实验。
• 测量了磁散射强度随温度的变化，以检测在自旋重取向转变附近（约40 K）的变化。
• 在施加电场条件下进行SANS实验，以探测电场对磁散射的诱导影响。
• 通过分析动量转移依赖性，分离出结构域壁的贡献。
• 利用温度依赖性测量，将磁散射与自旋重取向转变相关联。
• 比较转变温度以上与以下的散射行为，以区分体相磁序与结构域壁效应。

实验结果

研究问题

• RQ1 HoMnO3中电场诱导磁化的微观起源是什么？
• RQ2 电场是否改变了体相反铁磁序，还是主要影响反铁磁结构域壁？
• RQ3 在HoMnO3中，磁散射强度如何随温度和施加电场变化？
• RQ4 在50 K以下观察到的磁化增强是否与结构域壁形成有关，还是与体相自旋重取向有关？
• RQ5 中子散射能否检测到电场诱导的结构域壁磁化变化？

主要发现

• 在冷却通过约40 K的自旋重取向转变时，低动量转移处的磁散射强度增加，表明形成了未补偿磁化。
• 所观察到的磁化被归因于反铁磁结构域壁，而非体相磁序。
• 施加电场后，在约50 K以下磁散射被抑制，表明可直接控制结构域壁磁化。
• 这种抑制不改变体相反铁磁序，证实结构域壁是磁电耦合的主要位置。
• 偏振中子散射证实，电场改变了结构域壁处的磁结构，而非长程磁序。
• 结果表明，结构域壁磁化是HoMnO3中电场诱导磁化的主导来源。