锯齿晶格多铁性 BeCr$_2$O$_4$：非共线磁结构与多重磁相变

本文实验确定了由 Cr$^{3+}$ 构成的锯齿晶格反铁磁体中的非共线磁结构与多重磁相变，从而提出了锯齿晶格中磁驱动铁电性的情形。标题化合物 BeCr$_2$O$_4$ 在低温下表现出三个磁相变，分别位于 $T_{N1}\approx$ 7.5 K、$T_{N2}\approx$ 25 K 与 $T_{N3}\approx$ 26 K，本文通过磁化率、比热与中子衍射揭示。这些磁相变被发现受外施磁场影响。在磁相变以下的低温等温磁化曲线表明 \bco\ 具有反铁磁性质，并在 $H_{c1}\approx$ 29 kOe 与 $H_{c2} \approx$ 47 kOe 处发生两次类自旋翻转跃迁。我们在单晶与粉末样品上开展的高分辨 X 射线与中子衍射研究明确确定其晶体结构为正交晶系 $Pbnm$。通过对低温中子衍射数据进行磁超空间群分析，确定在 $T_{N3,N2} < T < T_{N1}$ 温度区间内的磁结构为极性磁空间群 $P21nm.1^{\prime}(00g)0s0s$，具有螺旋磁传播矢量 $\textbf{k}_1$ = (0, 0, 0.090(1))。在新确定的 $T_{N1}$ 以下相中的磁结构被确定为 $P21/b.1^{\prime}[b](00g)00s$，磁传播矢量为 $\textbf{k}_2$ = (0, 0, 0.908(1))。本文确定的螺旋自旋结构通常与电极化相关联，从而使 \bco\ 成为属于稀疏分布的锯齿晶格反铁磁体家族中有前景的多铁性材料。