(GdCe)CrO$_3$ 中的巨磁热效应与声子动力学

我们研究了 Ce$^{3+}$ 替代对 GdCrO$_3$ 正交钙钛矿磁有序和声子动力学的影响。Ce 掺杂化合物表现出长程倾斜反铁磁性，其 Neel 转变 T$_N$ 约为 173 K，并伴随自旋翻转 T$_{SF}$ 约为 10 K。Ce$^{3+}$ 的掺入驱动了自旋翻转转变从 $\Gamma{(G_x,A_y,F_z)}$ 构型到 $\Gamma$ 的改变，导致自旋轴在 (001) 和 (001) 晶面之间重新取向。这种自旋重取向由 Zeeman 能控制，并在 FCC 和 FCW 磁化过程之间产生了显著的场诱导不可逆性。替代化合物 Gd$_{0.9}$Ce$_{0.1}$CrO$_3$ (GCCO) 表现出显著大的磁熵变，在 3 K 下 $\Delta$ H = 90-70 kOe 时 $\Delta$ S 约为 45-40 J/kg-K，是稀土正铬酸盐中报告的最高值之一。Cr$^{3+}$ 的纯自旋磁晶各向异性与 Gd$^{3+}$ 和 Ce$^{3+}$ 的自旋轨道驱动磁矩的相互作用导致了显著的自旋-声子耦合，通过 A$_{1g}$(6) 振动模式表现出来。观察到的温度依赖光谱演化与同构磁性钙钛矿中报告的行为一致。