Ca$_3$Co$_{2-x}$Mn$_x$O$_6$中共存各向同性与各向异性自旋的多铁性

我们通过高场测量磁化强度($M$)、磁致伸缩($L(H)/L$)、电极化($P$)和磁热效应，研究了Ca$_3$Co$_{2-x}$Mn$_x$O$_6$ ($x \sim$0.97)中的磁性和多铁行为。这项研究还深入了解了零场和低磁场下的磁结构以及磁电耦合机制。我们在高达92 T的脉冲磁场下测量了$M$和$\Delta L/L$，并确定了饱和磁矩和饱和场。关于Co$^{2+}$和Mn$^{4+}$离子自旋态这一有争议的话题，我们发现两种离子均具有$S = 3/2$自旋，且没有磁场诱导的自旋态交叉。我们的数据还表明，Mn$^{4+}$自旋是准各向同性的，并在施加10 T磁场时在$ab$平面内产生分量。这些自旋在85 T时倾斜直至饱和，而Ising Co$^{2+}$自旋在25 T时即饱和。此外，我们的结果表明，在10 T附近磁场中电极化被抑制的机制是Mn$^{4+}$自旋翻转到$ab$平面，这表明适当的模型必须包含Ising自旋和准各向同性自旋的共存。