双钨酸盐 LiFe(WO$_4$)$_2$ 中旋轮磁性驱动的铁电性

具有黑钨矿结构的钨酸盐 $A$WO$_4$ 的特征是沿 $c$ 轴的 $A$O$_6$ 八面体锯齿链，如果 $A$=Mn, Fe, Co, Cu, Ni，它们可能具有磁性。其中，MnWO$_4$ 是一个独特的成员，其在低温下发展出旋轮状 Mn$^{2+}$ 自旋序，导致有趣的 II 型多铁性行为。然而，迄今为止在钨酸盐家族中尚未发现其他多铁性材料。在这项工作中，我们展示了双钨酸盐 LiFe(WO$_4$)$_2$ 的合成和系统研究。包括结构、热力学、磁性、中子粉末衍射和热释电测量在内的实验表征明确证实，LiFe(WO$_4$)$_2$ 是钨酸盐家族中发现的第二个多铁性系统。密度泛函理论计算也验证了旋轮磁性驱动的铁电性。尽管此处 Fe 离子之间的磁耦合是间接的，即通过所谓的超超交换，但磁性和铁电转变温度却出乎意料地远高于 MnWO$_4$。