多铁性 $R$MnO$_3$ 晶体中 $f$-$d$ 磁耦合的影响

我们建立了 (Eu$_{0.595}$Y$_{0.405}$)$_{1-x}$Tb$_x$MnO$_3$ ($0 \le x \le 1$) 和 (Eu,Y)$_{1-x}$Gd$_x$MnO$_3$ ($0 \le x \le 0.69$) 的详细磁电相图，其中 $R$ 位（$R$：稀土）阳离子的平均离子半径等于 Tb$^{3+}$ 的离子半径，以揭示稀土 4$f$ 磁矩对磁电性质的影响。尽管 $R$ 位离子半径相同，但两个体系的磁电性质却显著不同。$R$ 位上少量 Tb 替代（$x \sim 0.2$）完全破坏了沿 a 轴方向的铁电极化 ($P_a$)，而 Tb 浓度的增加稳定了 $P_c$ 相。另一方面，Gd 替代（$x \sim 0.2$）则消除了 $P_c$ 相，并略微抑制了 $P_a$ 相。这些结果表明，$R$MnO$_3$ 的磁电性质强烈依赖于稀土 4$f$ 矩的特性。