[论文解读] Symmetry changes at the ferroelectric transition in the multiferroic YMnO3

Gwilherm Nénert, Yang Ren+2 more|arXiv (Cornell University)|Apr 21, 2005

Multiferroics and related materials被引用 3

一句话总结

本研究通过单晶同步辐射衍射与群论分析，确定了多铁 YMnO3 在铁电相变过程中对称性的变化，证明其中间相具有 P63/mcm 对称性，为正确铁电性。铁电性源于 MnO5 多面体在 (100)、(110) 和 (010) 方向上的关联倾斜，解决了此前关于其为非正确铁电性的模糊认识。

ABSTRACT

We have identified, for the first time, the change in symmetry at the ferroelectric transition TFE near 1023K of the ferroelectromagnet YMnO3. This transition takes place 300K below the transition to the centrosymmetric state at TIP. Single crystal synchrotron diffraction coupled to a group theoretical analysis show that the paraelectric intermediate phase between TIP and TFE has P63/mcm symmetry. This proves that YMnO3 is a proper ferroelectric and not an improper ferroelectric, as suggested by a previous group theoretical assignment. The origin of the ferroelectricity is caused by a correlated tilting of the MnO5 polyhedra along the (100), (110) and (010) directions

研究动机与目标

• 确定 YMnO3 中顺电中间相与铁电相之间晶体对称性的变化。
• 解决长期以来关于 YMnO3 是否表现出正确或非正确铁电性的争议。
• 通过对称性分析，阐明该多铁材料中铁电性的微观起源。
• 利用高分辨率衍射与群论分析，提供决定性的实验证据。

提出的方法

• 采用单晶同步辐射X射线衍射，探测相变过程中晶体结构的变化。
• 利用群论分析，识别与对称性降低转变相关的不可约表示。
• 将观测到的衍射图样与候选空间群的预测图样进行比较。
• 基于系统消光与强度分析，确定中间相具有 P63/mcm 对称性。
• 分析原子位移，将结构畸变与铁电极化联系起来。
• 关联 MnO5 多面体倾斜模式与观测到的对称性及极化行为。

实验结果

研究问题

• RQ1 在 TIP ≈ 1323 K 与 TFE ≈ 1023 K 之间，YMnO3 的顺电中间相的晶体对称性是什么？
• RQ2 YMnO3 的铁电相变是正确铁电相变还是非正确铁电相变？
• RQ3 YMnO3 中铁电极化的微观起源是什么？
• RQ4 MnO5 多面体畸变如何导致 TFE 处的对称性变化？
• RQ5 实验衍射数据能否明确排除先前关于非正确铁电性的群论赋值？

主要发现

• 在 TIP ≈ 1323 K 与 TFE ≈ 1023 K 之间的中间相具有 P63/mcm 对称性，证实为正确铁电相变。
• 铁电相变由 MnO5 多面体在 (100)、(110) 和 (010) 方向上的关联倾斜驱动。
• 观测到的对称性变化排除了此前提出的 YMnO3 非正确铁电机制。
• 极化源于一种集体畸变，其包含与倾斜模式相关的非中心位移。
• 群论分析证实序参量变换为特定不可约表示，与正确铁电性一致。
• 研究结果解决了 YMnO3 多铁机制中的关键模糊性，确立其为具有明确对称性破缺的正确铁电体。