多铁材料 LiFe(WO$_4$)$_2$ 的单晶研究

通过基于单晶的温度与磁场依赖比热、磁化率和中子衍射实验,研究了多铁材料 LiFe(WO$_4$)$_2$ 的晶体与磁结构。仅考虑两个最近邻磁相互作用时,系统形成 $J_1$、$J_2$ 磁链,但更广范围的相互作用也不可忽略。两种具有长程非公度序的不同磁相在 $T_{\text{N}1}\approx 22.2 \text{ K}$ 和 $T_{\text{N}2}\approx 19 \text{ K}$ 演化出现。首先,发展出磁矩位于 $ac$ 平面内的自旋密度波。在其低于 $T_{\text{N}2}$ 的多铁相中,LiFe(WO$_4$)$_2$ 呈现具有沿 $b$ 额外自旋分量的螺旋排列。因此,反 Dzyaloshinskii-Moriya 机制完全解释了该材料中的多铁行为。即使在无外加电场情况下也观察到部分不平衡的多铁畴分布。两个相均仅观察到非公度性微弱的温度依赖,且在低温或高达 $6\text{ T}$ 的有限磁场下均未出现公度相。因此,LiFe(WO$_4$)$_2$ 展现出简单的相图,具有 II 型多铁材料的典型转变序列。