多铁 HoCrO$_3$ 中的超精细与晶体场相互作用

我们报道了一项全面的比热与非弹性中子散射研究，以探索 HoCrO$_3$ 多铁性的可能起源。我们在 100 mK - 290 K 温度范围内进行了比热测量，并在 1.5 - 200 K 温度范围内进行了非弹性中子散射测量。由比热数据，我们确定了 22.5(2) $\mu$eV 的超精细分裂以及 1.379(5) meV、10.37(4) meV、15.49(9) meV 和 23.44(9) meV 的晶体场跃迁，表明 HoCrO$_3$ 中存在强超精细与晶体场相互作用。进一步地，确定有效超精细场为 600(3) T。非弹性散射数据中观察到的准弹性散射以及比热中大的线性项 $\gamma=6.3(8)$ mJmol$^{-1}$K$^{-2}$ 被归因于短程交换相互作用的存在，这被认为对观察到的铁电性有贡献。此外，计算得到的核熵和磁熵分别为 $\sim$$17.2$ Jmol$^{-1}$K$^{-1}$ 和 $\sim$34 Jmol$^{-1}$K$^{-1}$。这些熵值与极限理论值极好地吻合。在依赖于温度的晶体场谱的峰位置处观察到约 60 K 附近的反常，在同一温度下也报道了热释电电流的反常。由此我们阐明了 Ho$^{3+}$ 的晶体电场激发与 HoCrO$_3$ 铁电性之间的直接关联。我们目前的研究连同近期的报道证实，HoCrO$_3$ 以及一般的 $R$CrO$_3$（$R=$ 稀土）具有不止一种驱动铁电性和多铁性的驱动力。