利用中子粉末衍射研究Mn掺杂正交铁氧体TbFeO$_3$中的磁结构与磁相变

本文报道了利用中子粉末衍射研究的Mn掺杂正交铁氧体TbFeO$_3$中的磁结构与磁相变。在 $T^\mathrm{Fe/Mn}_N \approx$ 295~K 处确定了一个磁相变，此时Fe/Mn子晶格发生顺磁到反铁磁的相变；在 $T^\mathrm{Fe/Mn}_{SR} \approx$ 26~K 处Fe/Mn子晶格发生自旋重取向相变；在 $T^\mathrm{R}_N \approx$ 2~K 处Tb有序开始显现。在295~K时，TbFe$_{0.5}$Mn$_{0.5}$O$_3$中Fe/Mn子晶格的磁结构属于不可约表示 $\Gamma_4$（$G_xA_yF_z$ 或 $Pb'n'm$）。在250~K发现了($\Gamma_1 + \Gamma_4$)的混合畴结构，其稳定保持至 $T^\mathrm{Fe/Mn}_{SR}\approx$ 26~K的自旋重取向相变。在26~K以下和250~K以上，占多数的相（$>80\%$）为 $\Gamma_4$。在10~K以下，高温相 $\Gamma_4$ 稳定保持至2~K。在2~K时，Tb发展出0.6(2)~$\mu_\mathrm{B}/$f.u.的磁矩值，并在与 $\Gamma_4$ 表示相容的 $F_z$ 上长程有序。我们的研究证实了已在TbFe$_{0.5}$Mn$_{0.5}$O$_3$单晶中报道的磁相变，此外揭示了混合磁畴的存在。从这些中子衍射数据的Rietveld精修中估算了这些磁畴比例随温度的变化。在 $T < T^\mathrm{Fe/Mn}_{SR}$ 的中子衍射图案的低-$Q$区域存在短程磁关联迹象。这些结果应激励进一步的实验工作，致力于测量TbFe$_{0.5}$Mn$_{0.5}$O$_3$的电极化和磁电容。