六角多铁性 LuFe2O4 中压力诱导的电荷序及其与磁性的耦合
材料科学
2021-12-21 v1 强关联电子
摘要
六角 LuFe2O4 是一种有前景的由电荷序（CO）驱动的多铁性材料，具有高电荷和自旋有序温度。Fe3+/Fe2+ 位点上共存的电荷序与自旋序导致了新颖的磁电行为，但电荷序与自旋序之间的耦合机制仍不清楚。本文通过调节外压，揭示了 LuFe2O4 中三种关联的自旋-电荷有序相：i）具有亚铁磁性的中心对称非公度三维电荷序，ii）具有亚铁磁性的非中心对称非公度准二维电荷序，以及 iii）具有反铁磁性的中心对称公度电荷序。实验原位单晶 X 射线衍射和 X 射线磁圆二色性测量结合密度泛函理论计算表明，由压力诱导的受阻双层 [Fe2O4] 团簇压缩所引起的电荷密度重分布是关联自旋-电荷相变的原因。压力增强的 Fe-Fe 键间有效库仑相互作用将受阻的 (1/3, 1/3) 电荷序驱动为受阻较小的 (1/4, 1/4) 电荷序，从而诱导了亚铁磁到反铁磁的相变。我们的结果不仅阐明了 LuFe2O4 中电荷、自旋和晶格自由度之间的耦合机制，也提供了一种以高度可控方式调控自旋-电荷序的新途径。
引用
@article{arxiv.2112.10036,
title = {Pressure-induced charge orders and their coupling to magnetism in hexagonal multiferroic LuFe2O4},
author = {Fengliang Liu and Yiqing Hao and Jinyang Ni and Yongsheng Zhao and Dongzhou Zhang and Gilberto Fabbris and Daniel Haske and Shaobo Cheng and Xiaoshan Xu and Lifeng Yin and Hongjun Xiang and Jun Zhao and Xujie Lü and Wenbin Wang and Jian Shen and Wenge Yang},
journal= {arXiv preprint arXiv:2112.10036},
year = {2021}
}