A位反铁磁尖晶石有序相的理论

化学式为$AB_2X_4$的绝缘尖晶石材料，当只有A位原子具有磁性时，表现为金刚石晶格反铁磁体。许多材料表现出典型的阻挫特征，这种阻挫并非由几何因素引起，而是由竞争性的第一和第二近邻交换相互作用导致。本文进一步发展了这些材料磁性的理论，重点关注有序态内可观测的物理现象。我们推导了一个唯象的朗道理论，该理论预测了非公度螺旋有序态中自旋的取向。它还描述了自旋在磁场中如何重新取向，以及它们如何在低温下经历“锁定”相变进入公度态。我们讨论了这些磁各向异性效应的微观机制。由于阻挫，量子涨落对有序磁矩的减小效应得到增强。我们的结果与对MnSc$_2$S$_4$（此类A位尖晶石中表征最完善的样品）的实验进行了比较，并讨论了更广泛的含义。一个预测是，磁致铁电性在这些材料中是普遍存在的，并且给出了电极化与磁性关系的详细描述。